Способ исследования областей конвер-сированного типа проводимости b обемеполупроводника

Союз Советских Социалистических Республикпп 8 ИЗ 70 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(43) Опубликовано 07.03,81, Бюллетень е 9 (45) Дата опубликования описания 09.04.81 СССР о делам изобретени и открытий72) Авторы взабр етен и М, Гершензон, Л. А, Орлов и С. Л, Орло снс 1 г 6тут 1 Московский ордена Ленина и ордена Трудового К Знамени государственный педагогический ин им, В. И. Ленина(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБЛАСТЕЙ КОНВЕРСИРОВАННОГО ТИПА ПРОВОДИМОСТИ В ОБЪЕМЕ ПОЛУПРОВОДНИКА72являетс и среди едечитьлинииразных астотах х, пририна и опр елей ся в ых ч пол .Ши ленная цель достигае спектры поглощения циклотронного резон я тем,чт фотопронса, изме Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использованопри исследовании полупроводниковых материалов.Известен способ исследования полупроводников, основанный на измерении температурной зависимости емкости р - л перехода, по которой судят о наличии в объемеполупроводника областей конверсированного типа проводимости 1.Недостатком этого способа являетсяего непригодность для определения типапроводимости и среднего размера областей.Известен также способ исследования областей конверсированного типа проводимости в объеме полупроводника, основанный на взаимодействии с магнитным полем.В этом способе наличие областей конверсированного типа проводимости определяют из аномалий поведения эффекта Холла 2.Недостатком этого способа являетсяневозможность определения среднего размера областей,Целью изобретения я определе ние типа проводимости его размераобластей.Постав тс оизмеряют и Водимости а 30 ряют зависимости уширения линий спектра, по которым судят о параметрах областей.Предлагаемый способ основан на использовании хорошо изученного явления - циклотронного резонанса. Для анализа наиболее удобен диапазон коротких миллиметровых волн, обеспечивающий высокое спектральное разрешение. Эксперименты показали, что способ пригоден для полупроводников с концентрацией примесей от 1015 с,я-з до 10" с,п-з.Используются спектры циклотронного резонанса (ЦР) свободных носителей заряда в условиях примесного возбуждения. Линии ЦР реализуются, когда вт" 1,еНгде о = - частота излучения;иС время релаксации импульса свободных носителей разряда; разряд электрона;эффективная масса носителей; резонансное магнитное поле; корость света. Положение линии позволяет соответствующие группы носит электронов и дырок наблюдают местах спектра, т. е. на различи пли при различных магнитных сущих этим сортам носителей.811370 45 50 56 6 щпри - , с. 1, где 60 интенсивность линий определяют характерное т и число носителей.В предлагаемом способе используется важная особенность циклотронного резонанса: при примесном возбуждении наблюдается ЦР свободных носителей, определяемых основной примесью, т, е. только ЦР электронов в электронном полупроводнике или только ЦР дырок в дырочном. Когда в условиях примесного возбуждения наблюдаются линии ЦР и электронов и дырок, то это неизбежно указывает на существование в образце объемов с различными типами проводимости. В одних основными носителями являются электроны, в других - дырки. Основной объем образца - матрица - имеет один тип проводимости, в нем содержатся области с конверспрованным типом проводимости.В спектрах фотопроводимости линии ЦР носителей конверсированных областей противоположны по направлению перезонансной фотопроводи мости и ЦР ыосителей матрицы, что позволяет определить тпп проводимости матрицы и областей.Из спектра поглощения известнь:и способом можно рассчитать полное число носителей в матрице и в конверсированных областях, поскольку поглощение пропорционально числу поглощающих центров,Предлагаемый способ дает возможность по линиям ЦР поглощения носителей, принадлежащих областям, оценить средний размер областей р, Когда р соизмеримо с радиусом циклотронного вращения г цр пли длиной свободного пробега г, возникает уширение линии ЦР. И гцр и гр зависят от температуры Т и а следующим образом: для квантового ЦР, т. е. когда иа /3 КТ-- ) 1 и 1 ц=1,т"К - постоянная Больцмана;иг 1 =, и - постоянная Планка.Для нахождения о в эксперименте изменяют Т или ж и, варьируя тем самым гр и гцр, добиваются уширения линии границами области. При этом необходимо учитывать частотную и температурную зависимость ширины линии ЦР при рассеянии на акустических фононах и заряженных примесях. Получив уширение ЦР границами конверсированной области, можно считать, что о порядку величин о соответствует меньшему из гцр, г.р,5 10 15 20 25 ЗО 35 40 П р и мер. На фпг. 1 а, б и 2 а, б представлены спектры поглощения (а) и фото- проводимости (б) двух образцов, вырезанных из одного и того же слитка бе(Сла, 11), измеренных на волне - 0,9 лл при 12 К. Фиг, 1 а, б, относяшиеся к образцу 1, вырезанному пз центральной части слитка, демонстрируют типичные спектры материала р-типа; виден пик сложной формы 1, характерный для квантового ЦР дырок, причем фотопроводимость при ЦР направлена в ту же сторону, что и нерезонансная фотопроводи мость матрицы.На фиг. 2 а, б, где представлены спектры ЦР образца 2 из периферической части слитка, с большим содержанием лития, наблюдаются пики и дырок (1) и электронов (2). Это дает основание считать, что в образце 2 одновременно присутствуют области п и р-типа, Из фиг. 2 б, видно, что матрица образца 2 также имеет дырочную проводимость. Из плошади под линиями ЦР поглощения (1) и (2) (фиг. 2, а) определяется полное число свободных дырок и электронов. Измерения в диапазоне 0,7 - 1,5 я.я при Т 11 - 15 К позволили оценить о. Для образца 2 с размерами 0,58 ХХ, 58 Х 0,2 с,я при 12 К полное число дырок - 5 109 сл, электронов - б 109, средний размер р=,2 10 - ф сл.Области консервированной проводимое. ти найдены в германии, полученном как при введении лития в расплав, так и дрейфовым протягиванием - методе, применяемом для создания радиационных германий-литиевых детекторов. Во всех исследованных материалах из спектров поглощения было оценено полное число свободных дырок и электронов и средний размер областей. Ф ор мул а:из о б ре гения Способ исследования областей конверсированного типа проводимости в объеме полупроводника, основанный на взаимодействии носителей в электромагнитном поле, отл ич а ющий ся тем, что, с целью определения типа проводимости и среднего размера областей, измеряют спектры поглощения и фотопроволимости циклотронного резонанса, изменяют зависимости уширения линий спектра при изменениях частоты и температуры, по которым судят о параметрах областей. Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе: 1, Афанасьев В, Ф. и др. Физика и техника полупроводников. Вып, 6, т. 3, 1974, с. 1090,2. Копорова Л, Ф, Физика твердого тела, Вып. 3, т. 20, 1973, с. 2507,//апРюненнаспь тгнищнага паяя,. иЪа е Составитель Л. Смирнов Техред Л, Куклина Редактор О. Филиппова Корректор С. Файн Заказ 347/354 Изд.229 Тираж 784 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Тип. Харьк. фил. пред, Патент