Способ определения электрофизических параметров полупроводников

(51)5 ВТО елов и ИЯ ЭЛЕКТРО- В ПОЛУПРОГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБР МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский институт физических проблем им, В,Ф,Лукина(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВОДНИКОВ(57) Образец полупроводника облучаюэлектромагнитным излучением с энергиеквантов, достаточной для генерации свободных носителей заряда и модулирован ым по интенсивности с частотой, равной братной величине ожидаемого времени е относится к области техлектрофизических параметоводников. Наиболее использовать изобретение контроля таких параметров олупроводников, как время й заряда и длина свободноИзобретениники контроля эров полупрцелесообразнодля локальноговысокоомных ижизни носителе: го пробега,Целью изобретние локальности иаппаратуры для реаспособа.Сущность изопользовании эфферавновесной полугенерируемой элек ения является повышезмерений и упрощение лизации предлагаемого бретения состоит в искта диамагнитизма непроводниковой плазмы, тромагнитным излученижизни свободных носителей заряда, Электромагнитное излучение локализуют на контролируемом участке поверхности образца, Образец помещают в область пространства, примыкающую к соленоиду, в которой магнитное поле этого соленоида при пропускании по нему электрического тока отлично от нуля, На образец воздействуют внешним постоянным магнитным полем, вектор индукции которого перпендикулярен рабочей поверхности образца, параллелен оси соленоида и направлению облучения. Выбирают величину магнитной индукции постоянного магнитного поля из условия, что радиус вращения свободных носителей заряда, генерируемых электромагнитным излучением, превышает длину свободного пробега носителей заряда. Измеряют амплитуду и фазу переменной ЭДС на выводах соленоида, по которым определяют искомый параметр.2 ил ем, Ранее этот эффект для контроля полупроводников не использовался, Эффект заключается в том, что свободные носители заряда, генерируемые излучением приобретают в магнитном поле диамагнитный момент, Величина этого момента определяется интенсивностью излучения, величиной индукции магнитного поля, временем жизни и длиной свободного пробега свободных носителей заряда, При облучении полупроводника излучением, меняющимся по интенсивности во времени, диамагнитный момент также изменяется во времени. При этом изменяется эффективная магнитная проницаемость полупроводника и соответственно величина магнитногопотока через соленоид, что приводит к появлению на выводах соленоида электрического напряжения пропорциональногопроизводной от магнитного потока по времени, который в свою очередь пропорционален количеству свободных носителейзаряда. Таким образом напряжение на выводах Соленоида определяется в конечномсчете параметрами полупроводника (а также контролируемыми параметрами внешнего воздействия), При проведенииизмерений выходной сигнал снимается непосредственно с выводом соленоида, чтосущественно уп рощает аппаратуру, необходимую для реализации предлагаемого способа.Предлагаемый способ обеспечивает высокую локальность измерений посколькуэлектромагнитное излучение, напрлмер,инфракрасного диапазона может быть сфокусировано в пятно диаметром несколькомикрон, Электромагнитное излучение мокет быть также подведено с помощью гибкого световода диаметром несколькодесятков микрон; локальность измерения в .25этом случае имеет порядок диаметра световода,На фиг, 1 приведена функциональнаяблок-схема устройства, реализующегопредлагаемый способ; на фиг, 2 - эквивалентная электрическая схема позволяющаярассчитать параметры выходного сигнала,их зависимость от параметров полупроводника.Устройство, реализующее предлагаемый способ, состоит (см, фиг. 1) из соленоида 1, подключенного к регистрирующемуприбору 2 и находящегося между полюсамиэлектромагнита 3, световода 4, светодиода5. Светодиод 5 подключен к генератору 6 40через выпрямительный диод 7 и ограничивающее српротивление 8. Переменная емкость 9 подключена параллельна соленоиду1. Контролируемая полупроводниковая пластина 10 находится у торца соленоида 1. 45На эквивалентной схеме (фиг. 2) черезобозначена индуктивность соленоида, через С-емкость контура, через й 1 - активноесопротивление соленоида, через Я 2 - активное сопротивление, характеризующее омические потери в полупроводнике (приинтенсивности излучения равной нулю), е -ЭДС, обусловленная изменением магнитного потока через соленоид.Способ реализуется следующим образом, Контролируемая полупроводниковаяпластина 10 помещается около торца соленоида 1. Светодиод 5 через световод 4 освещает небольшую часть площади пластины10, находящуюся в рабочей области соленоида 1, прерывистым излучением, Частота прерываний определяется генератором 6. Под действием излучения периодически изменяется эффективная магнитная проницаемость освещаемой части полупроводника. Это приводит к периодическому изменению магнитного потока через соленоид и появлению на его выводах напряжения, которое регистрируется регистрирующим прибором 2, Переменная емкость 9 используется для подстройки резонансной частоты контура на частоту генератора 6, Параметры выходного сигнала определяются параметрами электромагнитного излучения, величиной магнитной индукции электромагнита 3 и электрофизическими параметрами полупроводника,Анализ эквивалентной схемы показывает, что в случае, когда интенсивность излучения изменяется с резонансной частотой м амплитуда напряжения на катушке определяется соотношением1МаРеВсоРото22яоппЕоВ 1 Л + а.гт,а фазар = - агсс 9 а%, (2)В выражениях (1) и (2) 1 - индуктивность соленоида; М - взаимоиндуктивность соленоида и витка тока радиусом Во, текущим по границе освещаемой эоны; е - заряд электрода; - длина свободного пробега носителя заряда; В - индукция магнитного поля, со - эффективность конизации; Ро - амплитуда изменения мощности излучения, то - эффективная масса свободного носителя заряда, Ео - энергия кванта излучения, В 1 - сопротивление соленоида, го - время жизни носителей заряда,В случае, когда частота прерываний электромагнитного излучения близка к обратному времени жизни носителей заряда то, значение то может быть определено по фазе колебаний в контуре из (2), а длина свободного пробегаиз (1).В качестве примера рассмотрим возможность контроля времени жизни и длины свободного пробега электронов в полуизолирующем арсениде галлия. Поскольку ширина запрещенной зоны арсенида галлия 1,4 эВ, то.длина волны источника света Л должна быть Л(СЬ Зх 10 х 4,1 х 10 87 10 6"и1,4здесь с - скорость света, Ь - постояннаяПланка.Время жизни носителей заряда в арсениде галлия то по порядка величины равно10 7 с, а длина свободного пробега 1=10 м. Частоту прерываний источника целесообразно выбрать из условия вас= 1,й) /27 г = 1/27 гго = 1,610 ГцВ качестве источника излучения выберем полупроводниковый лазер с длиной волны 0,82 мкм (Ео = 2,4 х 10 Дж) и мощностью излучения 10 мВт. Излучение попадает в полупроводник через гибкий световод диаметром 2 мм. Соленоид представляет из себя катушку со средним диаметром О = 1 см, длиной 1 к = 0,1 см, числом витков В/к = 300, Собственная резонансная частота контура 1 о = 1,6 МГц, индуктивность= 1,6 мГн, емкость С = 6,3 пф, взаимоиндуктивность М = 0,12 мкГн, добротность 0 = =200, В = 160 Ом. Индукция внешнего магнитного поля В = 0,5 Т, значение коэффициента эффективности ионизации оо = 0,9. Подставив значения параметров в (15), получим Оо = 10 мкВ.Таким образом, чтобы определить время жизни неравновесных свободных носителей заряда и длину их свободного пробега, необходимо определить амплитуду и фазу напряжения на электрических выводах соленоида, что для напряжений порядка 10 мкВ можно выполнить, используя стандартные измерительные приборы.Формула изобретения Способ определения электрофизических параметров полупроводников, включающий обеспечение электромагнитной связи полупроводника с резонансной цепью и облучение полупроводника модулированным по интенсивности электромагнитным излучением с энергией квантов, достаточной для генерации свободных носителей заряда, о т личающийся тем,что,сцельюповышения локальности измерений и упрощения способа, электромагнитную связь обеспечивают путем помещения полупроводника в область пространства, примыкающую к 10 соленоиду, в которой магнитное поле этогосоленоида при пропускании по нему электрического тока отлично от нуля подвергают образец воздействию внешнего постоянного магнитного поля, вектор индукции кото рого перпендикулярен рабочейповерхности образца и параллелен оси соленоида и направлению облучения, величину магнитной индукции постоянного 20 магнитного поля выбирают из условия, чторадиус вращения свободных носителей заряда, генерируемых электромагнитным излучением, превышает длину свободного пробега носителей заряда, электромагнит ное излучение локализуют на контролируемом участке поверхности полупроводника, а частоту модуляции электромагнитного излучателя выбирают равной обратной величине ожидаемого времени жизни 30 свободных носителей заряда, измеряют амплитуду и фазу переменной электродвижущей силы, возникающей на клеммах соленоида, и по их значениям рассчитывают время жизни и длину свободного пробега 35 неравновесных носителей заряда,1805512 2 б 301 Составитель В,Подшивалов Техред М.Моргентал Корректор И,Мус едакто Заказ 945 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101