SU788053A1 - Устройство дл измерени температурной зависимости холловской подвижности носителей зар да в полупроводниковых материалах - Google Patents

Description

Изобретение относится к электронной промышленности и может быть использованс) в устройствах для исследования явлений переноса зарядов в полупроводниковых материалах, в частности, 5 для измерения холловской подвижности носителей заряда.

Известны устройства для измерения холловской подвижности в полупроводниках [1] и [2] . Ю

В этих устройствах ЭДС Холла измеряется в режиме питания образца от источника тока, при этом ЭДС Холла является функцией концентраций носителей заряда, а’ подвижность носителей 15 заряда рассчитывается, для чего необходимо измерить геометрические размеры образца ЭДС Холла и падение напряжения на объеме полупроводникового образца между потенциальными контактами .

Недостатком этих устройств является невозможность непосредственного измерения температурной зависимости холловой подвижности и создания ус- !5 тройств с непосредственной индикацией.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения холловской подвижности носителей^заряда с.помсадьк^ jq ^измерения ЭДС Холла в режиме питания юбразца от источника напряжения, которое содержит источник напряжения, соединенный с токовыми контактами образца полупроводникового материала,. измерительно-регистрирующее устройство соединенное одним из входов с холловскими контактами образца,расположенный на образце термодатчик, выход ко— торого соединен со вторым входом измерительно-регистрируквдего устройства, и электромагнит [3).

Поскольку ЭДС Холла зависит от напряжения, приложенного к токовым контактам образца, геометрических размеров и подвижности носителей заряда, а первые два фактора постоянны, то ЭДС Холла.является функцией подвижности носителей заряда, и таким образом 20 температурная зависимость ЭДС Холла определяется только температурной 'Зависимостью холловской подвижности носителей заряда.

Непрерывное непосредственное измерение температурной зависимости подвижности носителей заряда значительно сокращает время измерений и упрощает обработку данных.

. Недостатком известного устройства является влияние на точность измере3 ния холловской подвижности носителей заряда сопротивления токовых контактов образца. Поскольку сопротивление образца, подключенного к источнику напряжения!, определяется сопротивлением объема образца полупроводникового материала и сопротивлением токовых! контактов, то величина тока через образец зависит не только от электрофизических параметров полупроводникового материала,но и от характеристик? токовых: контактов, т.е. измерения подвижности по данной схеме можно про*· водить лишь при условии, что величина сопротивления токовых контактов должна быть пренебрежимо малой. В действительности же сопротивление в боль+15 шинстве случаев имеет конечную величину, зачастую сравнимую с сопротивлением объема полупроводникового материала, что значительно снижает точность измерений. Кроме того, сопротив-20 ление контактов изменяется с изменением температуры, что может привести к значительному искажению результатов измерения температурной зависимости холловской подвижности носителей за- jg ряда. Особенно сильно это проявляется при измерениях на высокоомных образцах, на которых воспроизводимое 'создание ниэкоомных омических контактов представляет значительную трудность,Поэтому необходимы разработка специальной технологии изготовления ниэкоомных контактов и постоянный контроль характеристик токовых контактов.

В ряде случаев необходимость учета сопротивления токовых контактов при- 35 водит к дополнительным расчетам. Все это снижает точность измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения влияния сопротивления токовых контактов образ-<0 ца.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено блоком отрицательной обратной связи,, вход которого подключен к потенциальным контак-*д там образца, а выход подключен к управляющему входу источника напряжения.

Блок отрицательной обратной связи может содержать усилитель мощности для управления источником напряжения.

Введение блока отрицательной обрат-*· ной связи обеспечивает поддержание по стоянства падения напряжения на участке образца,заключенном между потенциальными контактами,что достигается _ управлением источника напряжения,т.е. ** изменением напряжения,приложенного к токовым контактам,что позволяет исключить влияние сопротивления токовых контактов ца величину измеряемой ЭДС Холла при непосредственной регистра- $0 ции температурной зависимости холлевой подвижности носителей заряда.

На чертеже представлена блок схема устройства для'измерения температурной зависимости^холловской¹подвижности £5 носителей заряда в полупроводниковых материалах.

Устройство содержит источник 1 напряжения, соединенный с токовыми контактами 2 и 3 образца 4, блок 5 отрицательной обратной связи, вхоД; которого соединен с потенциальными контактами 6 и 7 образца 4, а выход с источником 1 напряжения. Измерительно-регистрирующее устройство 8 соединено с холловыми контактами 7 и 9. На второй вход измерительно-регистрирующего устройства 8 подключен выход термодатчика, расположенного на образце. Образец помещен в поле, создаваемое электромагнитом 10.

Устройство работает следующим образом.

Образец 4 подключается к источнику напряжения и между потенциальными контактами 6 й 7 устанавливается заданное напряжение. С изменением температуры образца 4 изменяется электропроводность объема полупроводника и токовых контактов 2 и 3, в результате происходит перераспределение падений напряжения на токовых контактах и на объеме полупроводника, расположенном между потенциальными контактами 6 и 7.

При этом блок 5 обратной связи, снабженный схемой управления источником 1 напряжения,позволяет изменять напряжение между токовыми контактами и 3 так, чтобы падение напряжения между потенциальными.контактами б и 7 оставалось постоянным. Таким образом, каждому значению температуры соответствует определенная величина напряжения, подводимого к токовым контактам и 3. Величина холловской подвижности пропорциональна отношению ЭДС Холла к напряжению между контактами 5 и 7, которые зависят от поперечного сечения образца 4 и расстояния между потенциальными контактами 6 и 7. Поскольку геометрические размеры постоянны, а напряжение между потенциальными контактами 6 и 7 поддерживается постоянным автоматически, то каждому значению ЭДС 'Термодатчика, т.е. каждому значению температуры, соответствует ЭДС Холла, пропорциональная величине холловской подвижности носителей заряда, а на.измерительно-регистрирующем устройстве 8 непосредственно фиксирует ся температурная зависимость холловской подвижности носителей заряда, при этом влияние сопротивления токовых контактов на температурную зависимость подвижности исключается.

Неэквипотенциальность расположения холловских контактов исключается пу-η тем коммутации направления магнитноГд поля, либо проведением измерений в переменных магнитных полях.

Предлагаемое устройство для измерений температурной зависимости холловской подвижности носителей заряда в·полупроводниковых материалах позволя5 ет повысить точность непосредственного измерения температурной зависимости подвижности, так как при его применении исключается необходимость контроля величины сопротивления токовых контактов и отпадает необходимость про- _ ведения дополнительных технологических ³ операций по уменьшению сопротивления токовых контактов или дополнительных расчетов, учитывающих влияние сопротивления токовых контактов на величину подвижности. I®

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к электронно промышленности и может быть использоBaHd в устройствах дл  исследовани   влений переноса зар дов в полупроводниковых материалах, в частности, дл  измерени  холловской подвижности носителей зар да. Известны устройства дл  измерени  холловской подвижности в полупроводниках 1 и 2 , В этих устройствах ЭДС Холла измер етс  в режиме питани  образца от источника тока, при этом ЭДС Холла  вл етс  функцией концентраций носителей зар да, а подвижность носителей зар да рассчитываетс , дл  чего необходимо измерить геометрические размеры образца ЭДС Холла и падение напр жени  на объеме полупроводникового образца между потенциальными контактами . Недостатком этих устройств  вл етс  невозможность непосре ственного измерени  температурной зависимости холловой подвижности и создани  усТРОЙСТВ с непосредственной индикацией Наиболее близким техническим реше нием к предлагаемому  вл етс  устрой ство дл  измерени  холловской подвижности носителей зар да с. помоадыо. :измерени  ЭДС Холла в режиме питани  юбразца от источника напр жени , которое содержит источник напр жени , соединенный с токовыми контактами образца полупроводникового материала,. измерительно-регистрирующее устройство соединенное одним из входов с холловскими контактами образца,расположенный на образце термодатчик,выход KO-I. торого соединен со вторым входом измерительно-регистрируквдего устройства, и электромагнит 3. Поскольку ЭДС Холла зависит от напр жени , приложенного к токовым контактам образца, геометрических размеров и подвижности носителей зар да, а первые два фактора посто нны, то ЭДС Холла. вл етс  функцией подвижности носителей зар да, и таким образом температурна  зависимость ЭДС Холла определ етс  только температурной Зависимостью холловской подвижности носителей зар да. Непрерывное непосредственное измерение температурной зависимости подвижности носителей зар да значительно сокращает врем  измерений и упрощает обработку данных. . Недостатком известного устройства  вл етс  вли ние на точность измереии  холловской подвижности носителей зар да сопротивлени  токовых контактов образца. Поскольку сопротивление образца, подключенного к источнику напр жени :, определ етс  сопротивлением объема образца полупроводникового материала и сопротивлением токовых контактов, то величина тока через образец зависит не только от электрофизических параметров полупроводникового материала,но и от характеристик токовых; контактов, т.е. измерени  подвижности по данной схеме можно про водить лишь при условии, что величина сопротивлени  токовых контактов должна быть пренебрежимо малой. В действительности же сопротивление в боль шинстве случаев имеет конечную величину , зачастую сравнимую с сопротивле нием объема полупроводникового материала , что значительно снижает точность измерений. Кроме того, сопротив ление контактов измен етс  с изменением тетлпературы, что может привести к значительному искажению результатов измерени  температурной зависимости холловской подвижности носителей зар да . Особенно сильно это про вл етс  при измерени х на высокоомных образцах , на которых воспроизводимое создание низкоомных омических контактов представл ет значительную трудность ,Поэтомунеобходимы разработка .специальной технологии изготовлени  низкоомных контактов и посто нный кон Tpojjb характеристик токовых кон актов В р де случаев необходимость учета сопротивлени  токовых контактов приводит к дополнительным расчетам. Все это снижает точность измерений. Цель изобретени  - новышение точно сти измерений путем исключени  вли ни сопротивлени  токовых контактов образ ца. . Поставленна  цель достигаетс  тем что устройство снабжено блоком отрицательной обратной св зи,, вход efoTOрого подключен к потенциальным контак там образца, а выход подключен к управл ющему входу источника напр жени  Блок отрицательной обратной св зи может содержать усилитель мощности дл  управлени  источником напр жени  введение блока отрицательной обра ной св зи обеспечивает поддержание по сто нства падени  напр жени  на участ ке образца,заключенном ме оду потенци альными контактами,что достигаетс  управлением источника напр жени ,т.е изменением напр жени ,приложенного к токовым контактам,что позвол ет исключить вли ние сопротивлени  токовы контактов на величину измер емой ЭДС Холла при непосредственной регистрации температурной зависимости холловой подвижности носителей зар да. На чертеже представлена блок схем устройства дл измерени  темйературно эазвйсимости-.холловскойподвижности носителей зар да в полупроводниковых материалах. Устройство содержит источник 1 напр жени , соединенный с токовыми контактами 2 и 3 образца 4, блок 5 отрицательной обратной св зи, вхо4: которого соединен с потенциальн1}1ми контактами 6 и 7 образца 4, а выход с источником 1 напр жени . Измерительно-регистрирующее устройство 8 соединено с холловыми контактами 7 и 9. На второй вход измерительно-регистрирующего устройства 8 подключен выход ермодатчика, расположенного на образце . Образец помещен в поле, создаваемое электромагнитом 10. Устройство работает следующим образом . Образец 4 подключаетс  к источнику 1напр жени  и между потен1шальными контактами 6 и 7 устанавливаетс  заданное напр жение. С изменением температуры образца 4 измен етс  электропроводность объема полупроводника и токовых контактов 2 и 3, в результате происходит перераспределение падений напр жени  на токовых контактах и на объеме полупроводника, расположенном между потенциальными контактами 6 и 7. При этом блок 5 обратной св зи, снабженный схемой управлени  источником 1 напр жени ,позвол ет измен ть напр жение между токовыми контактами 2и 3 так, чтобы падение напр жени  между потенциальными.контактами б и 7 оставалось посто нным. Таким образом, каждому значению температуры соответствует определенна  величина напр жени , подводимого к токовым контактам 2 и 3. Величина холловской подвижности пропорциональна отношению ЭДС Холла к напр жению между контактами 5 и 7, которые завис т от поперечного сечени  образца 4 и рассто ни  между потенциальными контактами б и 7. Поскольку геометрические размеры посто нны, а напр жение между потенциальными контактами б и 7 поддерживаетс  посто нным автоматически, то каждому значению ЭДС Термодатчика, т.е. каждому значению температуры, соответствует ЭДС Холла, пропорциональна  величине холловской подвижности носителей зйр да , а на.измерительно-регистрирующем устройстве 8 непосредственно фиксирует с  температурна  зависимость холловской подвижности носителей зар да, при этом вли ние сопротивлени  токовых контактов на температурную зависимость подвижности исключаетс . Яеэквипотенциальность расположени  холловских контактов исключаетс  путем коммутации направлени  магнитноГб пол , либо проведением измерений в переменных магнитных пол х. Предлагаемое устройство дл  измерений температурной зависимости холловской подвижности носителей зар да вполупроводниковых материалах позвол ет повысить точность непосредственного измерени  температурной зависимости подвижности, так как при его применении исключаетс  необходимость контрол  величины сопротивлени  токовых контактов и отпадает необходимость проведени  дополнительных технологических операций по уменьшению сопротивлени  токовых контактов или дополнительных расчетов, учитывающих вли ние сопротив лени  токовых контактов на величину подвижности. Формула изобретени . Устройство дл  измерени  температур ной зависимости халловской подвижности носителей зар да в полупроводниковых материалах, содержащее источник напр  ени  соединенный с токовьали контактами образца полупроводникового материала , измерительно-регистрирующее устройство , соединенное одним ,из входов с.холловыми контактами образца, рас- ., положенный на образце термодатчик, выход которого соединен со вторым вхо:; дом измерительно-регистрирующего устройства , и электромагнит, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений путем исключени  вли ни  сопротивлени  токовых контактов образца, оно снабжено. блоком отрицательной обратной св зи, вход которого подключен к потенциаль-,, :ным контактам образца,а выход - к управл ющему входу источника напр жени . Источники информации,, прин тые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР 327423, кл. G 01 R 31/26, 1972i
2. 2..Батавин В.В. Контроль паргилетров полупроводниковых материгшов и эпитаксиальных слоев. М., Советское радио , 1976, с. 23-27.
3. 3. Кучис Б.В, Методы исследовани  эффекта Холла. М., Советское радио 1974, с. 16-17, 171-179 (прототип)i