Способ определения поперечного коэффициента нернста эттингсгаузена в полупроводниковых кристаллах

"ий" 4 Я ТЕМА 2 о Ое 2 Ю ы 4,2ры соэом с тем ждают его до а градиент освещая кри ей, удовлетхла емпера да словию: юще эн Е+ 201 я,+ ооны ирина запрещеннойолупроводника;нергия продольногеского фотона в и гд пти олу воднике;Е - заряд электи - эффективная весного нос статическая она;масса вно ока теля ская опт е постоянные диэлектричес концентрация равновесн аанка;льног осителеи тоостоянная П оптио - частота про ческого фот ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРОПИСАНИЕ ИЭ НОМУ СВИДЕТЕП(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА НЕРНСТА-ЭТТИНГСГАУЭЕНА В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛАХ путем создания градиента температуры, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения температурного интервала измерения указанного параметра в область температур 4,2 - 150 К, выбирают материалс концентрацией равновесных носителей тока, удовлетворяющей условию 4 Н 01 Ь 37/00, 0 01 К 31, гг)сЕ )2Р.зобретение относится к области Не рцстд - Эттицхс гауз с цд Л Оцределя По)УП",)О 0)ЕЕЕЕКОВОй ТЕХ".ЕИКЕЕ Е К МРТОдям оеер ссе Еееия параметров полупроцодника, В частности поперечного коэсЬфипиецтд Нерцста-ЭттингсгауЗРксс, 3 ЦЛЧРНИЕ КОТ 01 ОГО В ЦВЕ)ОКОМ иктереяле температур позволяет изучить механизм рассеяния носителей тока и тем самым коктролировятькачес гво кристаллов.Изгестеее способ определения термомагнитных коэффициецтов в полупроводнике, таких как продольцьй и поЕеречеьпе коэффициент Нернстл-Эттингсгаузее(я, коэффициент Риги-.11 едюка дже 1 1 Общее в методе определе- ЦИ:г .ТИХ КозффИГИЕЕЕТОВ ЗаКЛЮЧЛЕтСЯБ с)ПСИСТИИ МаНИТНО 0 ПОЛЯ Нсцге:рсеее(е(ьй герецос цосителей ток, поя Ляющийся. В результате гра;сие; гд е емперату.р, Опосоо Огределеция ероольного ко фс 1 Яциеца Нернс - тд-Эттицгсгаузендголупровогникдх ,2 состоит в измереции термо - мл;итцой Э 1 О Г ., Возникающей в направлении грлдиентд температур цри помещении кристалла В постоянное маги(гное поле. Градиент температурсоздается двумя нагревателями илии ср Е Л Т Е Л Р М:" Х 0 Л 0Е: е Ь Н И К О М, Н Л(Н)В)сЕе сктоол магцитнОго пОлярддиецтд температур Взаимно пер- ПСЕЕЕцху;яр цЫс ОСНОВНЫМ сЕдОСТаТКОМ указанного способа определения продольцьх термомлгцитцых коэфЬициентов .Ерс;сольный коэффициент Нернс.г-Эттицгсглузеца, коэффициент Риги,11 ецюкд-.1 л,гжи) является наличиеЕ(агЛ,ГЕЕЕ(ОГЕ РЛЗ(0 ГИ .ОТС.НЦИЗЛОВС:ВЯ здцой с приложением градиента темперлтур, что затрудняет измерениеТСЕС О З ЦЛЧРНИЯ -: СРМО Э.Д, С., г. ,11 з Рстен 1,2 с цособ определения поперечцого коэффициента НеркстаЭттингсдулен сс в полупроводнико- ВЫХ КРЕ(гтс ПпаХ, СС)СТОЯЕЦИй В ИЗМЕРЕнии термог(ггните(сЕ( ЗНГ СгоявЯЯ- юецс йс 5 ри:00 сниц Обрдзпд, В котором создан грядеецт температуры. В ПСЗСОЯЕ(ис)Е МДГЦИтЦОЕ ПО)ЕЕ Н рддиецт тсмпературы создаетсядвумя цдгрс вдтелями или кгрг Вате:ем и хо:0,;5(НЕ,ком. Нагреватели и обрдзсц располагаются между полюсами есстоянкос магцп а так, чтобы ВРК гОРРИ Цт; ТСМГЕРатУРЬ, МаГНИТ 00 НС ) я И О: сКЛМНЕЙ ТЕрмо - м. ц" г;Ес 1 Э;1 О бь;.ге)е 0 перпендцку .Яр .,1 Ес,. гц и; (,).сгЬИиент РТС. Я ИЗ ГЕШ)сЖе(ИЯ17 йОпрепе;ение Й - из описанногоыше классического термо-маНитногометода верно в предпогожецие, что колебания реецетки, влимодействуюцие с цоситРлями тока. .ходятся В 1 О ге:Еловом равцонесии, 1 дличис грядицта температуры приводит к возникцовецию анизотропии в распределении колебаний решетки; фотоны ЦРЕИМУЩЕСтВЕННО гвижУТС 5 В НЛЦРаВ- леции от горячего к холодному краю Образна, Вследствие этого рассеяние носителей тока фотонами такжестлцовится ацизотропным; :(осителиЧЛЕЦсз ГЕОЛУЧЮТ ИМПУ.ЬСЫ Ц СТОГ)ОНУхолодного края, чем в противоположееую. Этот дрейф носителей тока,обус)(овлекный нарушением рлвновесцого распределения колебаний решетки,ЕЕССУЧИЕЕ НаЗВаНИЕ УВЛЕЧЕНИЯ НОСИТЕлей тока фотонами. Эффект увлечения 25тем бо)ье(е е чем сисеье(ее Взаимодействие фотонов с носите:ями тока ичем больше время релякслеии рлзупо -РЯДОЧРНИЯ ДВИжЕЕИЯ Д)ЕИЦЦОВО:НОВЫХ фотонов, с которьп.и цос)(тели тока езде(моействуют СПРдо тельно при высоких температурах эф(1 Рктом увле - чс ция можно пренебречь, л при низких температурах увлечение прояв.Няется значительно сильнее так 35 кдк из-за взаимных столкновений расцрс.деление фотонов мегленцее возврасцлется к равновесию. Наличие при низких температурах силе,цого эффекта ув)ечеция является принцитидльцым фактором, не позволяющим определяць поперечный коэффициент Нернста-Эттингсгаузена в области кизких тем -иератур указанным снособом, создавая градиент темперлтур с помощью 5 двух нагревателей или кагревателяи холостил,пика,.11(еле,н) изобретения является расширение температурцого интервалаопределения поперечного коэффициен 5 ОН,тл 1.ернстд - Эттингсглузенл в по)у -проводниках в область температуре 2эо 1 с)де ОпрстРлениР РГО изклассического термомагнитцого эффекта принципиллено невозможно,551;ель дости.лется те.(, что берутматериал, кое(цент рация рдгцг)геснеехносителей тока е;кгтсрсм гдов)етВоряет услое)ию:(2)р, огреву электроцнс(го гдзд по тсмперятуры Те, грев(,юцей темпрятуру решетки т цд величицу зтохлажпают его по температуры с(,2 -150 К, а градиент температуры соз -дают путем освещения кристалла сц( -том иобласти собс твенного ног оше -Ония, энергия которого 1. уговлетвс -ряет условию2 0сА) 3 ;,1(с,(о " Яо(3)где С - ширицд здпрешеццой эоны15по.ТуГ ро 30; (с кдсс - энер гия процольцого оптиоческ ого фотона Б Го:упреввслцике,Г - заряп электрона,2 г,Г(1 - эффективная масса рдвс(цсного цоситечя тока;и - концентрация рдвцовесцыхносителей тока;постояцняя Планка;,с - частота про;ольного оптического фотона.и с - статическая и оптическаяСОдиэлектрические постсяцсПри выогнеи условий (2, 3) про -исхоГГит разогрев ансдмб.я равновесных носителей тока, Формула (2) характеризует условия, при которых имеет место сильное межэлектроцноевзаимоГействие и с существляется пе 35репяча избыточной энергии Фотоносителей системе равновесных носителей,Нижний предел сцля энергии квантасвета в Формуле (3) обусловлен принципиальной невозможностью разогреваравновесной системы при меньшихэнергиях: верхний предел ( Г ь, ( ++20 гс(г ) выбран с учетом сложнойструктуры зон полупроводника.Ниже приведем рассмотрение для 45полупроводника Г( -типа. Полученныевыводы справедливы для материалакак р-типа, так и пля собственного полупроводника, Известен эффект разогрева электронного газа в полупро водниках 13 3. При освещении полупро - водника светом, энергия которогоудовлетворяет условию (3), избыточная энергия Фотона в случае сильного межэлектронцого взаимодействся, которое имеет место при выполнении условия (2), передается ансамблю равновесцьх носителей тока, что приводит) гпе Ф - коэффициент погло(еия,1 - Гадсющий световои поток,время релаксации избыточной энергии при вэсиыолсйствии с кслебанпями рет -ки- энергия, перепдвдемдя Фотоном системе электронов, Бс.едствие неравномерного поглощсция света Го толщине крист.д няиболе разогретыми скджутс.я (осцтеп у ос.нещенной поверхности, 13 реэульгдте этого возникает грд.иецт зсек роцой температуры, ндпрдвпеццьп от (освещенной поверхности образца цглус ь кристалла. рдпиецт электр( ицоц температуры отличд.ется от тецчо(ого грапиецтд, получдсмого двумя нагревателями цлц нягревдте:емхосо;и.( ником тем, что при соэлдгрдлцентя электронной гемпердтуры тмпературя решетки не измецяс тся и рдвцд температуре окружающей среды.В пдом случае Фотонцнй пс ток с(тсут - ствует, Устранение эффекта ув:ече(цся э:ектроцов позволяет прсвести ( прспелс цие указанного пярдмстрд цри эцячитс.ьцо более низких те(Гтердтурах, чем это можно с;встать, пс - пспьзуя Пля созпдцпя грдпиецтд температур пвя напрдв:ения илц цдгреватель или хогоди(ьцпк.Ня Фиг,1 изображена схемд измерения ЭДС Нерцста на гралиенте электронной температуры, на Фиг,2 экспериментальная зависимость поперечного коэффициента Нерцстд - Пт - тингсгаузена от температуры в интервале с,2-150 К.Коцкретное определение поперечного коэффициента Нернстд-Эттингсгаузенд в интервале температур 4,2 с150 К было осуществлено пля эпитаксиального материала Гд(я электронного типа с концентрацией цосителей тока в =1 О си , удовлетворяющей требованию (2), образец помешают в постоянное магнитное поле Н=-1 кэ, охажпают до температуры л,2"К, освещают светом, энергия кс(торого 1, 59 эВ удовлетворяет жегс (и ( 3) .Яь цием механизмов рассеяния носителей тока н полупроводнике. При вь,ю соких температурахТ ) 60 К) преобладающим механизмом рассеяния янляется ряс.с пнх колебян еяние последних ня теп-оиях решетки н то время, -5) К носители тока рдскдк пр) Т С севяются, н оснонцом, при нзаимодейстнии с иоцяи примеси, Знак )с"М Е Х Я 1111 З;.1 Я Р;1 С С 51 ЦИ Я Н О С-сднисит от телей тока 5В этих условиях измеряют ЭПС Е 2, обусловленную фототермомагнитным .М- фектом ца градиенте электронной температуры и рассчитывают значение Д 5 со ясно формуле (1) .Для получения значения поперечного коэффициента Нерцста-Эттицгсгаузена н интервале температуро5,2-)50 К температуру кристалла постепенно повьш)ают, измеряют ЭДС при заданной температуре из указанного интервала и рассчитывают значения й согласно . Полученные значения представлены на фиг.2, Величина Д" с понижением температуры падает, меняет знак, а затем растет по абсолютной величине, стремясь к некоторому постоянному зцачению. Смена знака Й- обуслонгеця измене 1)р рассеянии носитлей тока цяоиоцях г =2( Т ( 40 К), я ня тепловых ко;ебаниях решетки .=-2/З, Со)з Г:дсцо формуле (5) при изменеи хярзктерд рассеяния ностелй токаДО 1 ЖЕН МЕЦЯТЬСЯ ЗНЛК лредлдгаемый способ ореле:еияпосрного коэффициента Перцста-Эт 2 бгц Сгдузеца - в полупронодцкях позволяет рас;цирить темпрятурцьи 111 р н а. и 3 м е р е ци я ;" к я 3 я и 10 Г 1 1 я р д -мтрд 1:. стороцу низких темрятур до 1,2 К, Температурная зависмость= ( Т) в области низких темпер;тур дает нозможцость з,чть м- ХЛЦЦЗМЫ РаССРЯЦИЯ НОСИТЕ.ПЕй ТКЯ, 1 т о нджцо для к онтр ол 51 к ач ест ня 1 о:1 у30 пр одниконьгх матриалон1 Техред А,Бойко КорректорЛ,Латай Редактор С.Титова Фи;иал ППП "Патент", гУжгород, ул, Проектная, 4 Заказ 8133/3 Тираж 678 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5