RU2654935C1 - Способ бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2654935C1 RU2654935C1 RU2016150002A RU2016150002A RU2654935C1 RU 2654935 C1 RU2654935 C1 RU 2654935C1 RU 2016150002 A RU2016150002 A RU 2016150002A RU 2016150002 A RU2016150002 A RU 2016150002A RU 2654935 C1 RU2654935 C1 RU 2654935C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- sample
- frequency
- hall resistance
- signal
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 5
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 4
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 4
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000005663 Shubnikov-de Haas effect Effects 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000013399 early diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Использование: для неразрушающего контроля параметров полупроводников, содержащих вырожденный электронный газ. Сущность изобретения заключается в том, что образец охлаждают, воздействуют на него изменяющимся постоянным магнитным полем с индукцией В и переменным магнитным полем, изменяющимся со звуковой частотой, имеющим амплитуду, во много раз меньшую индукции В, облучают образец СВЧ-излучением заданной частоты, выбирают частоту излучения меньше частоты столкновений носителей заряда с атомами полупроводника, регистрируют сигнал, пропорциональный второй производной мощности, проходящего через диафрагму и образец СВЧ-излучения в зависимости от индукции В, измеряют значение индукции магнитного поля, соответствующее максимуму сигнала, и определяют квантованное холловское сопротивление. Технический результат: обеспечение возможности определения квантованного холловского сопротивления в локальных областях образца. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
.
Description
Изобретение относится к способам неразрушающего контроля параметров полупроводников и полупроводниковых наноструктур, содержащих вырожденный электронный газ, и может быть использовано для определения квантованного холловского сопротивления полупроводников и двумерных полупроводниковых наноструктур и для контроля качества материалов, применяемых в полупроводниковом приборостроении.
Известен бесконтактный способ определения холловского сопротивления полупроводников [1], основанный на эффекте Шубникова-де Гааза, заключающийся в том, что полупроводник охлаждают до гелиевых температур, одновременно воздействуют на него изменяющимся постоянным магнитным полем 
, переменным магнитным полем с амплитудой b, много меньшей В, и направленным перпендикулярно магнитному полю излучением, поляризованным так, что вектор напряженности электрического поля перпендикулярен постоянному магнитному полю В, регистрируют интенсивность прошедшего через полупроводник излучения, по соседним максимумам производной интенсивности в зависимости от магнитного поля определяют концентрацию n носителей заряда расчетным путем и по следующей расчетной формуле определяют холловское сопротивление 
, где e - заряд электрона.
Недостатком этого способа является невозможность определения квантованного холловского сопротивления ρ12 в очень тонких слоях полупроводника, содержащих вырожденный электронный газ пониженной размерности. Это ограничение обусловлено тем, что частота падающего на полупроводник излучения во много раз больше частоты столкновения электронов с атомами. При этом передача энергии излучения свободным электронам происходит неэффективно. В результате чувствительность способа при диагностике двумерного электронного газа является недостаточной. Вторым недостатком способа является невозможность определения концентрации носителей заряда и квантованного холловского сопротивления в двумерных нанослоях полупроводника, обусловленная тем, что направление излучения выбрано перпендикулярно направлению магнитного поля, поэтому этот способ не применим, когда толщина исследуемого двумерного слоя меньше диаметров электронных орбит, составляющих десятки нанометров.
Известен бесконтактный способ определения холловского сопротивления полупроводников [2], основанный на СВЧ эффекте Шубникова-де Гааза, заключающийся в том, что полупроводник охлаждают до гелиевых температур, воздействуют на него СВЧ-излучением и постоянным магнитным полем В, вектор индукции которого В направлен перпендикулярно поверхности полупроводника, дополнительно воздействуют на полупроводник переменным магнитным полем с амплитудой b<<B, изменяющимся со звуковой частотой со, направленным параллельно постоянному магнитному полю и падающему на полупроводник СВЧ-излучению, частоту которого выбирают меньше частоты столкновений свободных носителей заряда с атомами полупроводника, регистрируют сигнал, пропорциональный первой производной интенсивности отраженного от полупроводника СВЧ-излучения по магнитному полю и по значениям магнитного поля В, соответствующим максимумам осцилляции Шубникова-де Гааза, определяют период осцилляции Δ(В-1), концентрацию носителей заряда n и холловское сопротивление 
расчетным путем.
Недостатком этого способа является ограниченная область применения. Это ограничение, главным образом, обусловлено недостаточной чувствительностью способа при регистрации первой производной сигнала и невозможностью определить значение магнитного поля, соответствующее минимуму магнитосопротивления. Экстремальные значения регистрируемого сигнала не соответствуют значениям магнитного поля в минимуме магнитосопротивления, поэтому этот способ имеет ограниченную область применения для бесконтактного определения холловского сопротивления.
Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству для его осуществления является взятый за прототип способ бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников [3], основанный на СВЧ эффекте Шубникова-де Гааза, заключающийся в том, что охлаждают полупроводник до гелиевых температур, воздействуют на него изменяющимся постоянным магнитным полем, вектор В магнитной идукции которого перпендикулярен поверхности образца, и переменным магнитным полем, изменяющимся со звуковой частотой, имеющим амплитуду, во много раз меньшую В, и вектор индукции, направленный параллельно вектору В, облучают образец СВЧ-излучением заданной частоты в направлении, параллельном вектору индукции В постоянного магнитного поля, выбирают частоту излучения меньше частоты столкновения носителей заряда с атомами полупроводника, регистрируют сигнал, пропорциональный второй производной мощности СВЧ-излучения в зависимости от магнитного поля В, измеряют значение магнитного поля, соответствующего минимуму отраженного сигнала, и определяют квантованное холловское сопротивление в широком диапазоне квантующих магнитных полей расчетным путем.
Недостатком этого способа является ограниченная область применения. Это ограничение главным образом обусловлено невозможностью определить квантованное холловское сопротивление в зависимости от главного, орбитального и спинового квантовых чисел, поэтому этот способ имеет ограниченную область применения для бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления.
Недостатком этого устройства является воздействие СВЧ-излучением на всю поверхность образца, низкая локальность измерений, влияние периферийной части образца на результаты измерений.
Задачей предложенного способа и устройства для его осуществления является расширение области применения.
Указанная задача достигается тем, что в способе бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления в полупроводниках, заключающимся в том, что исследуемый образец охлаждают до температуры ниже 2 K, воздействуют на него изменяющимся постоянным магнитным полем, вектор В индукции которого перпендикулярен поверхности образца, и дополнительно переменным магнитным полем, изменяющимся со звуковой частотой, имеющим амплитуду, во много раз меньшую В, и вектор индукции, направленный параллельно вектору В, облучают образец СВЧ-излучением заданной частоты в направлении, параллельном вектору индукции В постоянного магнитного поля, выбирают частоту излучения меньше частоты столкновений носителей заряда с атомами полупроводника, регистрируют сигнал, пропорциональный второй производной мощности СВЧ-излучения в зависимости от магнитного поля В и дополнительно измеряют значение магнитного поля, соответствующее максимуму проходящего через диафрагму и образец сигнала, определяют квантованное холловское сопротивление в широком диапазоне квантующих магнитных полей экспериментальным и расчетным путем по формуле:
где 
- число периодов осцилляций регистрируемого сигнала,
е - заряд электрона,
h - постоянная Планка,
N - номер уровня Ландау,
Bν - значение магнитного поля, соответствующее максимуму проходящего через образец сигнала в области сильного квантующего магнитного поля,
ν - фактор заполнения уровней Ландау,
J - квантовое число полного момента импульса, равное сумме результирующего орбитального квантового числа L и результирующего спинового числа S.
Техническим результатом предложенного способа и устройства является осуществление возможности определения квантованного холловского сопротивления в локальных областях образца.
Указанный результат достигается тем, что по способу определения квантованного холловского сопротивления и устройству для его осуществления, согласно изобретению вводится диафрагма с отверстием, пьезосканер и контроллер для управления пьезосканером для перемещения образца относительно диафрагмы. Диафрагма необходима для повышения локальности бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников и уменьшения влияния периферийной части образца за счет того, что анализируется СВЧ сигнал, проходящий через область образца, размеры которой в плоскости поверхности образца, параллельной диафрагме, соизмеримы с диаметром отверстия в диафрагме.
Сравнительный анализ с прототипами показывает, что заявляемый способ и устройство позволяют проводить контроль параметров полупроводниковых наноструктур в локальных областях, что отличает его от прототипов.
Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна», так как в известных источниках не обнаружен предложенный способ определения квантованного холловского сопротивления и устройство для его осуществления. Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями, а последовательность операций при определении квантованного холловского сопротивления отличается от существующих.
Данный способ предлагается для применения научным лабораториям, предприятиям и организациям, занимающимся исследованиями в области микро- и наноэлектроники.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
Особенностью всех бесконтактных методов определения параметров по магнитным квантовым эффектам является определение значения магнитного поля, соответствующего экстремальным значениям осцилляции BN и пикам резонансных кривых. Сильное магнитное поле квантует движение свободных носителей заряда и перестраивает плотность состояний для свободных носителей заряда по уровням и по подуровням Ландау. При плавном изменении магнитного поля всякий раз, когда уровень Ландау EN пересекает уровень Ферми EF, резонансным образом происходит изменение поглощения излучения, падающего на образец. При этом мощность проходящего через образец излучения в области промежуточных квантующих магнитных полей испытывает шубниковские осцилляции. По периодам осцилляций Δ(BN)-1 микроволновым методом определяется концентрация свободных носителей заряда в низкоразмерных полупроводниковых структурах. Для наблюдения шубниковских осцилляций в полупроводниках необходимо выполнение следующих условий:
где 
- постоянная Планка, μ - подвижность носителей заряда; ωC - циклотронная частота, τ - время релаксации, k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура.
Из условия EN=EF следует рабочая формула для определения концентрации носителей заряда по периодам осцилляций Δ(BN)-1 для двумерных наноструктур в области промежуточных значений квантующего магнитного поля:
где 
- число периодов осцилляций, е - элементарный заряд, - постоянная Планка, N - номер уровня Ландау.
СВЧ метод наблюдения осцилляций обладает рядом преимуществ по сравнению с контактными методами определения магнитосопротивления. Эти преимущества относятся в первую очередь к ранней диагностике параметров электронного газа по форме линий шубниковских осцилляций при комплексном исследовании оптических и кинетических эффектов в двумерных системах, исключающем разрушение образцов.
Квантованное холловское сопротивление в области сильного квантующего магнитного поля определялось по формуле:
Магнитное поле Bν соответствует максимуму проходящего сквозь образец СВЧ сигнала, пропорционального второй производной мощности СВЧ излучения.
Фактор заполнения уровней Ландау определялся по формуле
Точность определения транспортных параметров электронного газа бесконтактным методом превышает на порядок результаты, полученные холловскими контактными измерениями. Метод реализован на устройстве, позволяющем регистрировать осцилляции мощности, проходящей сквозь образец, пропорциональной продольному сопротивлению ρxx, обусловленные эффектом Шубникова-де Гааза, и определять концентрацию носителей заряда и квантованное холловские сопротивление ρxy в низкоразмерных системах, содержащих вырожденный двумерный газ носителей заряда, локализованный в слое толщиной ~10 нм с точностью ~0,5%. Применение диафрагмы в устройстве позволяет исключить влияние пограничного тока на измеряемые значения магнитного поля, соответствующие экстремальным значениям поглощаемой СВЧ-мощности и исследовать неоднородность свойств двумерного слоя.
Изучение дробного квантового эффекта Холла (ДКЭХ) и вычисление фактора заполнения ν осуществляется на основе взаимодействия электронов, участвующих в LS-связи без привлечения феноменологических модельных описаний свойств электронов. В переходной области N→N-1 в сильном квантующем магнитном поле проявляется LS-связь орбитальных и спиновых моментов взаимодействующих электронов. Магнитное взаимодействие между электронами, движущимися вблизи друг друга по магнитным орбитам, не является кулоновским. При связи Рассела-Саундерса (LS-связи) схема построения волновых функций квантовых состояний электронов основана на представлении, что орбитальные моменты взаимодействуют между собой сильнее, чем со спиновыми моментами, которые в свою очередь сильнее связаны друг с другом, чем с орбитальными моментами. Результирующие орбитальный 
и спиновый 
моменты i электронов, взаимодействующих в LS-связи, соответственно равны:
где 
, 
.
Полный момент импульса i электронов равен
J=L+S.
В зонах локализованных состояний в области плато квантованного солловского сопротивления ρxy при n=const и минимальных значениях продольного сопротивления ρxx справедливо соотношение
Отношение полных моментов 
в области делокализованных состояний при максимальных значениях ρxx обратно пропорционально соответствующему отношению магнитных полей 
и равно:
Полные моменты принимаем равными
где MN,J,L=0 - результирующий момент в начале переходной области N→N-1, когда L=0, ν=N. Полный момент MN,J,L=0 в (8) превышает 
на несколько процентов. Например, при J=3 это превышение составляет 1%. Отношение L/N характеризует изменение полного момента MN,J,L в переходной области с увеличением магнитного поля и обусловлено значением фактора заполнения, равным N-1 при L=2J+1.
Из (4)-(8) получается:
При J>>1 либо S=-1/2 из выражения (9) следует 
.
Погрешность определения холловского сопротивления зависит от точности определения положения максимума проходящего сигнала, погрешности измерения индукции магнитного поля Bν и не превышает 0,5%.
Новым по отношению к прототипу в предлагаемом способе является регистрация сигнала, пропорционального второй производной мощности проходящего через диафрагму и образец СВЧ-излучения в зависимости от магнитного поля В, измерение значения магнитного поля, соответствующее максимуму сигнала, и определение квантованного холловского сопротивления в широком диапазоне квантующих магнитных полей экспериментальным и расчетным путем по формуле:
Сущность изобретения и возможные варианты реализации предложенного способа и устройства поясняется следующим графическим материалом, представленным на фиг. 1, на которой представлена блок-схема устройства для бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников.
СВЧ-генератор 1 на основе диода Ганна АА728Б с частотой излучения 37,8 ГГц возбуждает в серийном прямоугольном волноводе 2 сечением 3,4×7,2 мм2 колебания H10. СВЧ-волна через вентиль 3, прямоугольный волновод 4 сечением 3,4×7,2 мм2, аттенюатор 5, прямоугольный волновод 6 сечением 3,4×7,2 мм2 поступает на двойной Т-мост 7, где преобразуется в волну H11 в цилиндрическом волноводе 8 диаметром 6,1 мм. На конце волновода 8 крепится диафрагма 9. Образец 10 повернут активным двумерным слоем к фронту падающей волны, располагается на держателе образца 11. Держатель образца 11 закреплен на пьезосканере 12, который позволяет перемещать образец 10 в плоскости, параллельной диафрагме 9. Пьезосканер 12 подключен к контроллеру 13, управляемому программными средствами компьютера 14. Магнитное поле, создаваемое сверхпроводящим магнитом 15, направлено перпендикулярно исследуемому двумерному слою образца и медленно изменяется в пределах 0-7 Тл. Проходящая через образец 10 Н11 волна проходит через отверстие в держателе образца 11 и поступает через цилиндрический волновод 16 диаметром 6,1 мм на Т-мост 17, преобразуется в волну H10 в прямоугольном волноводе 18 сечением 3,4×7,2 мм2 и подается на СВЧ-детектор 19 на основе диода Шоттки АА123А. После детектирования сигнал проходит через фильтр 20, настроенный на первую либо вторую гармонику модулирующей частоты Ω. Усиленный селективным усилителем 21 сигнал выпрямляется синхронным детектором 22 и поступает на вход виртуального самописца Y, реализованного программными средствами компьютера 14. На вход X виртуального самописца подается сигнал с шунта сверхпроводящего магнита 15. Модуляционная катушка 23 подключена к входу генератора звуковой частоты 24. Напряжение звуковой частоты Ω с генератора 24 либо частоты 2Ω с удвоителя 25 подается на опорный вход синхронного детектора 22, информационный вход которого соединен с выходом селективного усилителя 21. Функции усилителя 21 и детектора 22 выполняет нановольтметр Unipan-232B. В зависимости от положения переключателя K измеряемый сигнал пропорционален первой либо второй производной коэффициента пропускания волны по магнитному полю и продольному сопротивлению ρxx образца. Исследуемый образец 10 помещен в вакуумную ячейку криостата 26 вместе с диафрагмой 9, держателем образца 11, пьезосканером 12 и находится в магнитном поле электромагнита 15. На конец хладопровода криостата помещен пьезосканер 12.
В качестве диафрагмы 9 может быть использована, например, диафрагма с отверстием диаметром 10 мкм, размерами 45,0 мм × 4,0 мм × 0,10 мм фирмы Ted Pella Inc. Держатель образца 11 представляет собой, например, медную позолоченную пластинку с отверстием. Диаметр отверстия должен быть не менее диаметра цилиндрического волновода и не более размеров образца 10 в плоскости, параллельной активному двумерному слою. Образец 10 должен крепиться на держателе образца 11 и перекрывать отверстие в держателе. Держатель образца 11 прикреплен к пьезосканеру 12, в качестве которого может быть использован двухкоординатный пьезосканер ANSxy50 компании «Attocube systems», предназначенный для перемещения образца относительно диафрагмы в плоскости, параллельной активному двумерному слою и диафрагме, с нанометровым разрешением в условиях вакуума, при гелиевых температурах и в высоких магнитных полях. Контроллер 13 может быть, например, ANC350 компании «Attocube systems», предназначен для управления работой пьезосканера 12, управляется с использованием программных средств компьютера 14. Модуляционная катушка 23 может, например, иметь внутренний диаметр 10 мм и содержать 960 витков провода ПЭЛ 0,2 мм. В качестве генератора звуковой частоты 24 может быть использован, например, прибор типа Г3-33. В качестве удвоителя 25 может быть использован, например, серийный умножитель частоты. Криостат 26 может быть, например, Janis Model PTSHI-950-LT 1.5 K.
Новым по отношению к прототипу в предлагаемом способе и устройстве является введение диафрагмы с отверстием, двухкоординатного пьезосканера, контроллера.
На фиг. 2 представлена зависимость положения максимумов шубниковских осцилляций 
от номера осцилляции N для образцов 1, 2 GaAs/AlGaAs. В области промежуточных квантующих магнитных полей (около 1 Тл) осцилляции периодичны по обратному магнитному полю В-1 для двумерных образцов, содержащих вырожденный электронный газ. По формуле (1) вычислялась концентрация свободных электронов. Для образца 1 концентрация n1=(8,45±0,02)⋅1011 см-2, для образца 2 n2=(7,72±0,05)⋅1011 см-2. Значения концентраций электронов совпадают с погрешностью до 5% от значений n, полученных холловскими измерениями. Квантованное холловское сопротивление определялось в области сильного квантующего магнитного поля (~7 Тл) по формуле (2). В исследованном образце с концентрацией свободных электронов n3=(4,03±0,02)⋅1011 см-2 при В1=3,33 Тл квантованное холловское сопротивление составляет ρ1=5,17⋅103 Ом, при B2=4,17 Тл ρ2=6,46⋅103 Ом. Точность измерений квантованного холловского сопротивления составляет 0,5%. Фактор заполнения уровней Ландау определялся экспериментально по формуле (3) и вычислялся по формуле (9).
Технико-экономический результат заключается в осуществлении локального определения квантованного холловского сопротивления в полупроводниковых микро- и наноструктурах и развитии новых методов диагностики.
[1] Авторское свидетельство СССР №1694018. Способ определения концентрации носителей заряда в вырожденных полупроводниках. Корнилович А.А., Уваров Е.И., Студеникин С.А., опубл. 30.10.1994 г., кл. H01L 21/66, G01R 31/26.
[2] Патент РФ №2037911. Способ бесконтактного определения концентрации свободных носителей заряда в вырожденных полупроводниках. Корнилович А.А., Студеникин С.А., Булдыгин А.Ф., опубл. 19.06.95. Бюл. №17, кл. H01b 21/66. 1995 г.
[3] Патент РФ 2368982. Способ бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников. Корнилович А.А., опубл. 27.09.2009. Бюл. 27, кл. H01L 21/66. (2006.01), В82В 3/00 (2006.01).
Claims (11)
1. Способ бесконтактного определения холловского сопротивления полупроводников, заключающийся в том, что образец охлаждают до температуры ниже 2 K, воздействуют на него изменяющимся постоянным магнитным полем, вектор В индукции которого перпендикулярен поверхности образца, и переменным магнитным полем, изменяющимся со звуковой частотой, имеющим амплитуду, во много меньшую В, и вектор индукции, направленный параллельно вектору В, облучают образец СВЧ-излучением заданной частоты в направлении, параллельном вектору индукции В постоянного магнитного поля, выбирают частоту излучения меньше частоты столкновений носителей заряда с атомами полупроводника, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют сигнал, пропорциональный второй производной мощности проходящего через диафрагму и образец СВЧ-излучения в зависимости от магнитного поля В, измеряют значение магнитного поля, соответствующее максимуму сигнала, и определяют квантованное холловское сопротивление в широком диапазоне квантующих магнитных полей экспериментальным и расчетным путем по формуле:
где l - число периодов осцилляций регистрируемого сигнала,
е - заряд электрона,
h - постоянная Планка,
N - номер уровня Ландау,
BN+l и BN - значения магнитного поля, соответствующие N+l и N максимумам проходящего через полупроводниковый образец сигнала в области постоянного 
периода осцилляций сигнала,
Bν - значение магнитного поля, соответствующее максимуму проходящего через образец сигнала в области сильного квантующего магнитного поля,
ν - фактор заполнения уровней Ландау,
J - квантовое число полного момента импульса, равное сумме результирующего орбитального квантового числа и результирующего спинового числа S.
2. Устройство для осуществления бесконтактного определения холловского сопротивления полупроводников, содержащее средства для формирования и регистрации параметров магнитного поля, СВЧ-излучения, отличающееся тем, что в устройство вводят диафрагму, пьезосканер с держателем образца, контроллер для управления пьезосканером для перемещения образца относительно диафрагмы и регистрируют экстремальные значения мощности проходящего через полупроводниковый образец СВЧ излучения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016150002A RU2654935C1 (ru) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Способ бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016150002A RU2654935C1 (ru) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Способ бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2654935C1 true RU2654935C1 (ru) | 2018-05-23 |
Family
ID=62202653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016150002A RU2654935C1 (ru) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Способ бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2654935C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1515115A1 (ru) * | 1987-11-27 | 1989-10-15 | Предприятие П/Я А-1742 | Способ определени квантового сопротивлени Холла |
| US5789931A (en) * | 1995-10-04 | 1998-08-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Quantitative mobility spectrum analysis for magnetic field dependent hall and resistivity data |
| KR20000023498A (ko) * | 1998-09-28 | 2000-04-25 | 가네꼬 히사시 | 반도체 장치에 대한 비파괴 검사 방법 및 장치 |
| RU2368982C2 (ru) * | 2007-11-13 | 2009-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет | Способ бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников |
| US8080434B2 (en) * | 2008-11-21 | 2011-12-20 | Sony Corporation | Nondestructive testing method for oxide semiconductor layer and method for making oxide semiconductor layer |
-
2016
- 2016-12-19 RU RU2016150002A patent/RU2654935C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1515115A1 (ru) * | 1987-11-27 | 1989-10-15 | Предприятие П/Я А-1742 | Способ определени квантового сопротивлени Холла |
| US5789931A (en) * | 1995-10-04 | 1998-08-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Quantitative mobility spectrum analysis for magnetic field dependent hall and resistivity data |
| KR20000023498A (ko) * | 1998-09-28 | 2000-04-25 | 가네꼬 히사시 | 반도체 장치에 대한 비파괴 검사 방법 및 장치 |
| RU2368982C2 (ru) * | 2007-11-13 | 2009-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет | Способ бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников |
| US8080434B2 (en) * | 2008-11-21 | 2011-12-20 | Sony Corporation | Nondestructive testing method for oxide semiconductor layer and method for making oxide semiconductor layer |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US 5789931 A, Y), 04.08.1998. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hall et al. | Condensate splitting in an asymmetric double well for atom chip based sensors | |
| Krüger et al. | Potential roughness near lithographically fabricated atom chips | |
| CN108181594B (zh) | 非交换量子几何相位磁强计 | |
| Huxter et al. | Scanning gradiometry with a single spin quantum magnetometer | |
| TWI509239B (zh) | 應用自旋波之非破壞性材料、結構、成分、或元件度量或檢測系統及方法 | |
| Granata et al. | Three-dimensional spin nanosensor based on reliable tunnel Josephson nano-junctions for nanomagnetism investigations | |
| TW200537086A (en) | Method and device for on-chip magnetic resonance spectroscopy | |
| Gui et al. | The physics of spin rectification and its application | |
| Kim et al. | Effects of laser-annealing on fixed-frequency superconducting qubits | |
| Meckenstock | Invited Review Article: Microwave spectroscopy based on scanning thermal microscopy: Resolution in the nanometer range | |
| Vallabhapurapu et al. | Fast Coherent Control of a Nitrogen-Vacancy-Center Spin Ensemble Using a K Ta O 3 Dielectric Resonator at Cryogenic Temperatures | |
| Pudalov | Measurements of the magnetic properties of conduction electrons | |
| Dellabetta et al. | Imaging topologically protected transport with quantum degenerate gases | |
| RU2654935C1 (ru) | Способ бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников и устройство для его осуществления | |
| Nie et al. | Manipulation of spin polarization using NV ensemble in diamond for precision displacement detection with an adjustable sensitivity | |
| RU2368982C2 (ru) | Способ бесконтактного определения квантованного холловского сопротивления полупроводников | |
| Cisternas et al. | Characterizing the local vectorial electric field near an atom chip using Rydberg-state spectroscopy | |
| Alldredge et al. | Magnetic particle imaging with a cantilever detector | |
| Béron et al. | How to characterize cylindrical magnetic nanowires | |
| Gaudin et al. | Magnetic field dependent thermodynamics of Fe8 single crystal in the thermally activated regime | |
| Marmugi et al. | Atomic magnetometry-based electromagnetic imaging of lowconductivity semiconductors | |
| RU2037911C1 (ru) | Способ бесконтактного определения концентрации свободных носителей заряда в полупроводниках | |
| Volk et al. | Scanning magnetoresistance microscopy of atom chips | |
| Yang et al. | Single-Atom Spin Resonance in a Scanning Tunneling Microscope | |
| Rostami et al. | High-speed two-stage Hall magnetometer with increased resolution |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181220 |