Устройство для бесконтактного измерения параметров полупроводниковых материалов

1345100 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения электрофизических параметров полупроводников ис,полуметаллов, а также при исследонании кинетических явлений.Цель изобретения - повышение точности измерений в диапазоне криогенных температур и расширение диапазона значений измеряемых параметров,На фиг.1 приведена структурнаяэлектрическая схема устройства длябесконтактного измерения параметронполупроводниковых материалов; на15фиг.2 - конструкция измерительногоблока,Устройство для бесконтактного измерения параметров полупроводниковыхматериалов содержит высокочастотный 20генератор 1, измерительный блок 2,направленный ответвитель 3, детектор4, регистратор 5, Измерительный блок2 содержит электромагнит 6, междуполосами которого установлен кронштейн 7 из электроизолирующего материала, на котором прикреплена катушка8 связи и который снабжен углублением9, куда помещен контейнер 10 с иссле.дуемым образцом 11. Кронштейн 7 прик. 30реплен фиксатором 12 к магнитопроводу 13 электромагнита 6Часть кронштейна 7, которая находится междуполюсами электромагнита 6 н сосуде14 с криогенной жидкостью, охваченавитками катушки 8 связи. На кронштейне 7 имеется канал 15, входящий вуглубление 9, в котором расположенплунжер 16, Поворотный контейнер 10при помощи тросика 7 кинематически 40связан со шкальным и поворотным устройством 18. В измерительном блоке 2размещен переменный конденсатор 19прикрепленный к кронштейну 7, Накронштейне 7 измарительного блока 2 45расположено высокочастотное гнездо20 для подключения блока 2 в измерительный тракт, Направленный ответвитель 3 включен между генератором 1высокочастотных колебаний и катушкой 508 связи измерительного блока 2, 1.еременный конденсатор 19 включен последовательно с катушкой 8 связи операционного блока 2. Детектор 4, соединенный с регистратором 5, подключен 5 ч к ответвленному каналу направленного отнетвителя 3, Сосуд 14 с криогенной жидкостью установлен между полюсами электромагнита 6.При подготовке к измерениям контейнер 10 с исследуемым образцом 11 при помощи плунжера 16 через углубленный канал кронштейна опускают в углубление и прижимают. Проверяют работоспособность шкального и поноротного устройства 18, выставляют нуль этого устройства. От генератора 1 электрический сигнал нужной частоты подается через направленный ответвитель 3 на 1.С-последовательный контур, состоящий из переменного конденсатора 19 и катушки 8 связи. На выходе направленного ответвителя 3 регистратором 5 фиксируется продетектированный детектором 4 отраженный сигнал. Вращая ручку переменного конденсатора 19, получают минимальный сигнал на выходе детектора 4, т.е. введением емкости компенсируют реактанс катушки 8 связи. Устройство готово к измерениям.При включении электромагнита 6 между полюсами электромагнита создается постоянное магнитное поле В, Возникающее вокруг катушки 8 связи переменное магнитное поле Ь возбужодает в присутствии постоянного магнитного поля В в исследуемом образце магнитоплазменные волны.Напряжение Ч=й/й, индуцируемое в катушке 8, определяется через потокосцепленияэтой катушки. По аналогии с трансформатором можно записатьЧ= д К (1) где С - геометрический фактор (число витков, конфигурация обмоток, объем и т.д,);т - ток через катушку связи; м - круговая частота;1 х - магнитная прсницаемость,определяющая связь между переменным полем Ь, возбуж,ценным н исследуемом образце, и возбуждающим полем Ь . Если ось катушки 8 связи параллельна направлению возбуждающего поля Ь , имеем 8 с - ГУхх (Рхх+ Ря ) + л.д(О/иь)и = 1 - (2)ь ;2 -. +або(м/ы)-(ы,/ыИ,= + 1"Полное сопротивление катушки связи с исследуемым образцом равно Поворачивая контейнер 10 с исследуемым анизотропным образцом 11 внутри катушки 8 связи, меняем поток фт.е. получаем минимальное значениепотока фи максимальное фмакси, тем самым, минимальное и максимальное значения отраженной мощности. Соотношение этих измеренных зна чений потоков дает параметр анизотропии подвижности, определяемый помаксимальному значению величины2 = (н., + ыЬи) + ыЬо м (3) где Р., Ьа - индУктивность и сопРотивлейие катушки связи без исследуемого образца;Ш Ь и. - величина, эквивалентная активному сопротивлению, вносимая в катушку связи полем стоячей геликонной волны.Как видно из формул (2), (3), импеданс образца представляет собой ряд резонансных максимумов, соответствующих нечетному числу полуволн гели- конов. Так как ,Ь, в зависимости от измерения частоты, магнитной индукции будет осциллировать, соответствующие осцилляции будут наблюдаться до полного сопротивления катушки с образцом Е. Если индуктивное сопротивление катулки с образцом Х компенсировано емкостным сопротивлением конденсатора У , включенного последовательно с катушкой связи, тогда полное сопротивление равно реэистансу катушки с образцом В. (Е=К).С изменением величины постоянного магнитного поля согласно (1) будем наблюдать осцилляции отраженной мощности. Определив величину постоянного магнитного поля при полуволновом резонансе (максимум отраженной мощности), можем рассчитать концентрацию носителейУ с Е ВртиФе од (2 а) где с - скорость света;Е - электрическая постоянная;е - заряд электрона;В - индукция постоянного магРнитного поля при полуволновом резонансе. полученному измерением ее зависимос О ти от напряженности постоянного магнитного поля В,Формула изобретения25 Устройство для бесконтактного измерения параметров полупроводниковыхматериалов, содержащее высокочастотный генератор, последовательно соединенные детектор и регистратор, и из мерительный блок, состоящий из электромагнита, между полосами которогоустановлен кронштейн, на котором закреплены катушка связи, и контейнердля размещения исследуемого Образца, З 5 установленный с возможностью осевоговращения, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностиизмерений в диапазоне криогенных температур и расширения диапазона значе ний измеряемых параметров, введены направленный ответвитель,вход основногоплеча которого включен между выходомвысокочастотного генератора и входомизмерительного блока, а выход плеча от раженного сигнала соединен с входом детектора, в измерительный блок введенпеременный конденсатор, одна обкладкакоторого заземлена, а другая соединена с одним концом катушки связи, дру О гой конец которой является входомизмерительного блока, контейнер дляразмещения исследуемого образца установлен в углублении, выполненном восновании кронштейна, на котором раэ мещена катушка связи и который закреплен на магнитопроводе электромагнита.1345100 Составитель Р,КузнеМаковская Техред М,Дидык Редактор ектор ни 775 писное Москв Фическое предприятие, г.ужгород,ул.Проектная сроизводст о-пол з 491343 ВИИКИ по д 113035Тираж ос ударс ам изобвенного комитета СССРетений и открытийЖ, Раулская наб., д