Устройство для бесконтактного измерения параметров полупроводниковых материалов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения повышение точности измерений в диапазоне криогенных температур и расширение диапазона значений измеряемых параметров . Устр-во содержит высокочастотный г-р 1, измерительньй блок (ИБ) 2, направленный ответвитель (НО) 3, детектор 4 и регистратор 5. Для подготовки устр-ва к измерениям от г-ра 1 электрический сигнал нужной частоты подается через НО 3 на LC- последовательный контур ИБ 2. На выходе НО 3 регистратором 5 фиксируется продетектированньй детектором 4 отраженный сигнал и при минимуме сигнала на выходе детектора 4 устр-во готово к измерениям. .Цель достигается введением НО 3 и выполнением ИБ 2. 2 ил. (Л СО 4 Сл Q}t/z.f

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (58 4 G 0! 11 22/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3996013/24-09 (22) 19.12.85 (46) 15.10.87. Бюл. Н 38 (71) Институт физики полупроводников АН ЛитССР (72) Л.В.Лауринавичюс (53) 621.317.39(088.8) (56) Кучис Е.В. Методы исследования эффекта Холла. N.: Сов. радио, 1974, с.222.

Авторское свидетельство СССР № 425140, кл, С 01 R. 3!/26, !974. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения—

„,80„„1345100 A1 повьппение точности измерений в диапазоне криогенных температур и расширение диапазона значений измеряемых параметров. Устр-во содержит высокочастотный г-р 1, измерительный блок (ИБ) 2, направленный ответвитель (НО)

3, детектор 4 и регистратор 5, Для подготовки устр-ва к измерениям от г-ра 1 электрический сигнал нужной частоты подается через НО 3 íà LCпоследовательный контур ИБ 2. На вы" ходе НО 3 регистратором 5 фиксируется продетектированный детектором 4 отраженный сигнал и при минимуме сигнала на выходе детектора 4 устр-во готово к измерениям..Цель достигается введением НО 3 и выполнением ИБ 2.

2 ил.

1345100

8 с ГУxx (Pxx+ Учу )3 + 14>(Я/и)п ) — 1—

1 (2) ь ; 1+1.Я ((м/ 1„) - (ы / )) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения электрофизических параметров полупроводников и с, полуметаллов, а также при исследовании кинетических явлений.

Цель изобретения — повышение точности измерений в диапазоне криогенных температур и расширение диапазо- 10 на значений измеряемых параметров.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства для бесконтактного измерения параметров полупроводниковых материалов; на

1В фиг.2 — конструкция измерительного блока.

Устройство для бесконтактного измерения параметров полупроводниковых материалов содержит высокочастотный 20 генератор 1, измерительный блок 2, направленный ответвитель 3, детектор 4, регистратор 5. Измерительный блок

2 содержит электромагнит 6, между полосами которого установлен кронштейн 7 из электроизолирующего материала, на котором прикреплена катушка

8 связи и который снабжен углублением

9, куда помещен контейнер 10 с исследуемым образцом 11. Кронштейн 7 прик- 30 реплен фиксатором 12 к магнитопроводу 13 электромагнита 6 ° Часть кронштейна 7, которая находится между полюсами электромагнита 6 в сосуде

14 с криогенной жидкостью, охвачена витками катушки 8 связи. На кронштейне 7 имеется канал 15, входящий в углубление 9, в котором расположен плунжер 16, Поворотный контейнер 10 при помощи тросика !7 кинематически 40 связан со шкальным и поворотным устройством 18. В измерительном блоке 2 размещен переменный конденсатор 19,, прикрепленный к кронштейну 7. На кронштейне 7 измерительного блока 2 45 расположено высокочастотное гнездо

20 для подключения блока 2 в измерительный тракт. Направленный ответвитель 3 включен между генератором 1 высокочастотных колебаний и катушкой 60

8 связи измерительного блока 2. 1 .еременный конденсатор 19 включен последовательно с катушкой 8 связи операционного блока 2. Детектор 4, сое— диненный с регистратором 5, подключен 5 к ответвленному каналу направленного ответвителя 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 поворотного устройства 18, выставляют нуль этого устройства. От генератора 1 электрический сигнал нужной частоты подается через направленный ответвитель 3 на LC-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 возбужо дает в присутствии постоянного магнитного поля В в исследуемом образце магнитоплазменные волны.

Напряжение V=d y/d t, индуцируемое в катушке 8, определяется через потокосцепления этой катушки. По аналогии с трансформатором можно записать

V=iGuК I,, (1) где G — геометрический фактор (число витков, конфигурация обмоток, объем и т.д.); т — ток через катушку связи; м — круговая частота; р — магнитная прсницаемость, определяющая связь между переменным полем Ь, возбуж,ценным в исследуемом образце, и возбуждающим полем Ь .

Если ось катушки 8 связи параллельна направлению возбуждающего поля b имеем

1345100

1 (Ф /Ф } мин макс мин макс

3 где =m м„=(т 1i /4 а а ) х т. ух у1 1 х1 к

fn =(S„Z„-S„Z„, ) t(1„+ „).

m — целое нечетное число;

2а — толщина исследуемого образца; ,и, — магнитная постоянная; .г кк Ъ у„ — элементы тензора сопротивления; — частота.

Величина 1. в общем случае комп4 лексная: " = Pg+ Hg

Полное сопротивление катушки связи с исследуемым образцом равно

Поворачивая контейнер 10 с исследуемым анизотропным образцом 11 внутри катушки 8 связи, меняем поток ф т.е. получаем минимальное значение по то ка Ф „„„и мак симально е Ф ма к с и, тем самым, минимальное и максимальное значения отраженной мощности. Соотношение этих измеренных зна10 чений потоков дает параметр анизотропии подвижности, определяемый по максимальному значению величины

Z = (, +uL, „) + izL .,, (3) где р., 1. а — индуктивность и сопротивлейие катушки связи без исследуемого образца;

Ш Е 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 геликонов. Так как „ в зависимости от измерения частоты, магнитной индукции будет осциллировать, соответствующие осцилляции будут наблюдаться до полного сопротивления катушки с образцом Z. Если индуктивное сопротивление катулки с образцом Х ком4 пенсировано емкостным сопротивлением конденсатора У, включенного последовательно с катушкой связи, тогда полное сопротивление равно реэистансу катушки с образцом R (Z=R).

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 носителей

3s с Е> Вр т и е д (2а) где с — скорость света; электрическая постоянная; е — заряд электрона;

 — индукция постоянного маг Р нитного поля при полуволновом резонансе. полученному измерением ее зависимос20 ти от напряженности постоянного магнитного поля В.

Формула изобретения

25 Устройство для бесконтактного измерения параметров полупроводниковых материалов, содержащее высокочастотный генератор, последовательно соединенные детектор и регистратор, и из30 мерительный блок, состоящий из электромагнита, между полосами которого установлен кронштейн, на котором закреплены катушка связи, и контейнер для размещения исследуемого Образца, 35 установленный с возможностью осевого вращения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений в диапазоне криогенных температур и расширения диапазона значе4п ний измеряемых параметров, введены направленный ответвитель,вход основного плеча которого включен между выходом высокочастотного генератора и входом измерительного блока, а выход плеча от45 раженного сигнала соединен с входом детектора, в измерительный блок введен переменный конденсатор, одна обкладка которого заземлена, а другая соединена с одним концом катушки связи, дру5О гой конец которой является входом измерительного блока, контейнер для размещения исследуемого образца установлен в углублении, выполненном в основании кронштейна, на котором раэ55 мещена катушка связи и который закреплен на магнитопроводе электромагнита.

Составитель P.Êóçíåöoâà редактор А.Маковская Техред Я,Дидык Корректор С.Черни

Заказ 4913!43 Тираж 775 Подписное

ВИИК.И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-31, Раулская наб., д.4/5

1троизводственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород,ул.Проектная,, 4