Способ бесконтактного определения зонной структуры полупроводников

Союз Советски Социалистических РеспубликОП ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное (22) Заявлено 03.12 с присоединением з (23) Приоритет- (43) Опубликовано 2 авт, свил-ву 75 (2) 2196187/25явки (51) Ст 01 В 31 осудврствениый комит Совете Министров ССС по делам изобретений 5,77 Бюллетеиь 19(53) УДК 621.382. .53 9.2 93 (088.8 крытии 7.7 5) Дата опубликования описани 72) Авторы изобретения Р. Б. Толутис. К. Поже рудового Красного Знамени Институт физики полуп АН Литовской ССР Заявитель де ко(54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОННОЙ СТРУКТУРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВ чески, переход ретение относится к технике изм ния параметров полупроводников, полуметаллов и металлов и может использоваться при исследовании кинетических явлений в твердотельной плазме, а также на предприятиях, изготовляющих эти материалы или приборы на базе данных материалов,Известные способы бесконтактного определения параметров,полупроводниковойили полуметаллической плазмы твердого тела позволяют определять проводимость материала апример, по изменению реактивной ,части импеданса катушкииндуктивности, когда в нее помещают исследуемый материал, а также концентрацию, эффективную подвижность носителей заряда и параметр анизотропии подвижности при использовании высокочастотных магнитоплазменных явлений в замагниченной исследуемой плазме полупроводника или полуметалла 1,Однако эти способы не позволяют определить параметр анизотропии подвижности посптелей заряда К. Этого недостатка не имеет способ, использованный в устройстве для бесконтдктного измерения параметров полупроводников и полуметаллов, до которо,му измеряют величину поперечной составляющей интегрального потока переменной маг;нитной индукции, наводимой в пространстве около исследуемого образца, помещенного ,в скрещенные постоянное и высокочастот- ное переменное магнитные поля 2.Однако определить параметр анизотропииподвижности носителей заряда в полупровод- О нике этим способом можно лишь при извесьной форме и расположении в пространстве импульса изоэнергетических поверхностей зоны проводимост или валентной зоны.Метод не позволяет получить результаты, когда полупроВодниковый материал менее исследован. Для получения более обширной информации о твердотельной плазме, донной структуре и компонентах тензора подвижности в отдельных энергетических долинах необходимо провести исследования несколь ких (не менее 5) образцов с различной кристаллографической ориентацией плоскоотей исследуемых обраэцов, Однако, практиразброс кинетических параметров прь е от одного образца к другому настолько велик что точность результатов становится весьма низкой.Целью изобретения является сокращение времени при сохранении точности анализа.Это достигается тем, что векторы высокочастотного и постоянного магнитных полей поворачивают с заданным угловым шагом и при каждом угле поворота устанавливают значение величины постоянного магнитного поля, соответствующее макси- О мальной величине поперечной составляющей интегрального потока высокочастотной индукции.На фиг. 1 дана функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый 15 способ; на фиг, 2 - график зависимости Н (Я) дпя образца - сплавВ ВЬ , где4 Х-хкривая а - вращение образца вокруг биссекторной оси С, кривая б - вращение образца вокруг бинарной оси С , кривая в - вра щение образца вокруг тригональной оси С .Исследуемый образец 1, имеющий, например, форму куба, помещен в катушку индикации 2, ось которой 0-0 перпендикулярна к постоянному магнитному полю Н, Ка тушка 3 индуктивности и генератор В 4 сигналов 4 создают переменное магнитное поле, перпендикулярное к постоянному магнитному полю Н и оси катушки 2, Интегральный поток В 4 магнитных составляющих этих волн ин дицируется катушкой индикации 2 и фиксируется индикатором 5 .В процессе измерений производят поворот векторов высокочастотного и постоянного магнитных полей, например, вращением об разца и катушки индикации вокруг оси 0-0, на 180 с определенным угловым шагом, не превышающим 10, и при каждом углеоповорота по показаниям индикатора 5 определяют величину постоянного магнитного 40 поля Н соответствующую максимальномузначению поперечной составляющей интегрального потока В 4 переменной магнитной индукции. По зависимости Н от угла Я между направлениями Н и одйим из кристал лографических направлений определяют особенности зонной структуры и компоненты тензора подвижности носителей заряда,По технической зависимости Н= (ф могут быть определены особенности зонной фо структуры и компоненты тензора подвижноо. ти электродов в отдельной изоэнергетической долине, электронного твердотельного -.плава 33 Ь (см. фиг. 2), Образец ыл вырезан в виде куба с плоскостями, перпендикулярными к бинарному, тригональному и биссекторному направлениям.Измеряемые значения Н как известно, обратно пропорциональны эффективным циклотролным подвижностям носителей заряда ф,хо где индексы 1, 2, 3 соответствуют координатам ос - нормирующий коэффициент.Тензоры обратных подвижностей для двух других эллипсоидов О и 8 находятся при помощи двух трансляционных матриц-1 +4 э ОфД - О О О по формуле л "л 03;в = Ф )ЫаЬО в различных изоэнергетических долинах, а это означает, чтс они пропорциональны эффективным циклотронным массам. Это позволяет по характеру кривых Н,=1 судить о форме и расположении изоэнергетических поверхностей в пространстве импульса. Форма кривой а показывает, что изоэнергетические долины расположены симметрично вокруг тригональной оси с угловойо о периодичностью 60 или 120 . Можно заметить, что наименьшая эффективная масса соответствует биссекторному направлению Н . Кривые б и в показывают, что эффективная циклотронная масса максимальна в тригональной плоскости НС э и более чем в пять раз превышает эффективные массы при НС и НС.Это будет наблюдаться, если изоэнергетические долины сильно анизотропны.Таким образом, можно предположить, что изоэнергетические поверхности имеют форму сильнд анизотропных эллипсоидов. Можно заметить, что кривая В несимметрична этно- сительно НС и в правой части кривой, по сравнению с левой, наблюдается значительное понижение значений - . При этом минимум эффективных масс соответст- овует углу 5-10 . Следовательно, длинные оси изоэнергетических элементов эллипо соидов направлены под углом 5-10 к тригональной плоскости над биссекторным направлением. Такая картина расположения изоэнергетических долин в пространстве импульса соответствует зонной модели . электронов в висмуте (3 )Зная приблизительно, расположение и фор. му изоэнергетических поверхностей, можно перейти к определению компонет тензоралобратной подвижности оС в отдельных изоэнергетических долинах. Для декартовых координат, совпадающих соответственно с тригональным (кривая в), бинарным (криваяб) и биссекторным (кривая а) направлениями, тензор обратной подвижности для ;с эллипсоида имеет вид559197 Имея матрицы обратных подвижностей и переменном поле электромагнитной волны,используя уравнение движения электронов в нетрудно найти форму тензора проводимостиЬсгасзз сс аз с)Ф юзссгз сг юасС ззЬассюзЪзюсзЬ 1 Ьг)(о(юассаз-юзагг -Ь, сюа-Ьа сага-Ьз сс азЬ, Ьз)а- юс (ссюзюагз ссюаюазз-Ьзююсюа ЬгссззЬАлсюцсазз-ссюз+Ьа)(юаюзссюа-аююссаз+Ьссюююю-Ьгсаюа+ Ьз юсюз з ЬгЬз юсгюассаз ссюзфга+Ьссююа+ЬгюсааЬзгз+ЬЛ)юаюзфюа сюгюагз Ьююсюю-Ьаюаюа- Ьзмюз+Ьг ЬзКфююсюаг с юа+ Ь з ) формула изобретения гдера с сюс сюс -ас, с+Всб,ав=юй/сс Иб "га,ассЗначения сюю,а, сюсг, ос и Ыоднозначно на О ходят путем параметрирования кривых Н,1,= =г(ю) на ЭВМ до максимального совпадения с экспериментальными. Для определения указанных параметров достаточно параметрировать одну из приведенных на фиг. 2 кривых. ИТаким образом, данный способ позволяет получить информацию о кинематических параметрах носителей тока в твердотельной плазме. Способ бесконтактного определения зонной структуры попупроводников путем измерения величины поперечной составляющей й 5 интегрального потока переменной магнитной индукциизнаводимой в пространстве около исследуемого образца, помещенного в скрешенные постоянное и высокочастотное пере,менные магнитные поля, о т л и ч а ю -ш и й с я тем, что, с целью сокращениявремени при сохранении точности анализа,векторы высокочастотного и постоянногомагнитных полей поворачивакют с заданнымугловым шагом и при каждом угле поворста устанавливают значение величины постоянного магнитного поля, соответствующеемаксимальной величине поперечной составляющей интегрального потока высокочасто г.ной индукции. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авторское свидетельство СССР275235, М.Кл. С 01 В 35/00, 24.04,68.2. Авторское свидетельство СССР 425140, М. Кл, С 01 В 31/26, 30,06.72 (прототип).559197 О,ОБ 002ИгрИСоставитель В. Обухов Редактор Н. Данилович ТехредА, ДемьяиоваКорректор А. Кравченко Заказ 1365/98 Тираж 1101 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СС,Рпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушскэя наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент, г. Ужгород ул. Проектная, 4