SU817808A1 - Способ определени эффективнойМАССы НОСиТЕлЕй B пОлупРОВОдНиКАХи пОлуМЕТАллАХ - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ МАССЫ НОСИТЕЛЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ И ПОЛУМЕТАЛЛАХ Недостатком этого способа  вл етс  его непригодность.дл  измерени  эффективной массы носителей при энер гии, отличающейс  от энергии Ферми. Цель изоб Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей способа. Поставленна  цель достигаетс  тем, что измерение амплитуд осцилл ции магнитосопротивлени  осуществл ют на туннельном контакте металлисследуемый материал при напр жении смещени , определ емом по формуле V % , (2) где Е .- энерги , при которой определ ют эффективную массу носителей тока; Е - энерги  Ферми; е - зар д электрона; V - напр жение смещени  со знаком , соответствующим знаку потенциала на металлическом электроде. На чертеже приведена энергетическа  диаграмма туннельного контакта . Сущность изобретени  заключаетс  в следующем. Туннельныйток системы металл-ту нельный барьер-полупроводник (полуметалл ) описываетс  выражением +00 . -I )Ру, t)(T,t)-(Т,-ev)de, где p(yv(E) и р,(„ (Е) - плотности сое то ний металла и полупроводника соот ветственно, W(E) - веро тность туннелировани , f(Т,Е)- функци  распре делени  Ферми-Дирака при темпёратуре Т. Плотность состо ний металла в ис следуемой области энергий можно счи тать посто нной величиной, поэтому дл  туннельной провод ИМОСТ И (T,ev).,eTpH, в магнитном поле плотность .состо ний полупроводника (полуметгшла) осциллирует, что приводит к по вле нию осциллирующего магнитосопротивле ни  туннельного контакта. Отношение амплитуд осцилл ции при двух темпера турах описываетс  выражением (1). В эффекте Шубникова-де Гааза температурна  зависимость амплитуды осцилл ции магнитосопротивлени  возникает из-за того, что с ростом температуры размываетс  фермиевска  ступенька функции респределени  элек тронов в полупроводнике, которую по мере увеличени  магнитного пол  пере секают уровни Ландау плотности состо ний . В этом случае в проводимость дают вклад электроны вблизи уровн  Ферми полупроводника, а по формуле (1) определ ют их массу, т.е. m(Ef). В туннельной проводимости температурна  зависимость амплитуды осцилл ции возникает из-за размыти  с ростом температуры фермиевской ступеньки распределени  электронов в металле (см. энергетическую диаграмму на чертеже, , где Е. - энерги , соответствующа  дну зоны проводимости полупроводника), и при фиксированном смещении V вклад в дифференциальную проводимость туннельного контакта дают электроны с энергией Ер - ev, поэтому по формуле (1) определ ют массу именно этих электронов , т.е. m(Ep-eV)., Мен   смещение V, можно мен ть энергию электронов , дающих вкпад в дифференциальную туннельную проводимость, а следовательно , можно определ ть эффек- . тивную массу носителей в полупроводнике при энерги х, не равных энергии Ферми. Пример . Предлагаемый способ используетс  дл  определени  эффективной массы при различных энерги х в вырожденном п - InAS с онцентрацией ng 2-10 см3. Туннельный контакт изготовлен по известной методике . При этом образец исследуемого материала технически шлифуют и полируют, трав т в полирующем травителе (5ч НР,ц+Зч. лед ной уксусной кислоты), затем обезгаживают в вакууме при 5 ч и окисл ют в атмосфере сухого кислорода при нормальном давлении и 120°С 36 ч с .целью получени  на поверхности туннельного тонкого окисла. После этого в вакууме 10 торр на полученную поверхность напыл ют свинец. Во врем  измерений туннельный контакт помещают в сосуд Дьюара, вставленный в рабочий объем сверхпровод щего соленоида. Внутри сосуда с помощью стабилизатора температуры, поддерживают требуемую фиксированную температуру в интервале 4,18-ЗОК с точностью не хуже 1%. Осцилл ции магнитосопротивлени  измер ют с помощью устройства дл  исследовани  малых нелинёйностей вольт-амперныххарактеристик туннельных структур. рактеристик туннельных структур. При этом на двухкоординатном по.тенциометре ПДС-021 записывают магнитосопротивление туннельного контакта . в зависимости от напр женности магнитного пол  (О - 50 кэ) при нескольких (5 -, 7) фиксированных значени х температуры из вышеуказанного- интервала . Из отношени  амплитуд при разных температурах определ ют эффективную массу по формуле (1). Результаты приведены в таблице. Как видно из таблицы, относительна  ошибка определенной таким образом эффективной массы находитс  в . пределах - 5%.

Использование предлагаемого способа дает следующие преимущества по сравнению с известными способами: позвол ет определить- эффективную массу полупроводника и полуметалла в зоне разреиенных знергий при энерги х , не равных энергии Ферми иссле-5

-15

,мэВ

дуемого материала позвол ет исследовать энергетическую зависимость эффективной массы на образце с неизменной концентрацией свободных носителей и примесных центров7 а также; вли ние концентрации свободных носителей и примесных центров на закон дисперсии полупроводников и полумет дпов ..+80

+60

+30

+5

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ определения эффективной массы носителей в полупроводниках и полуметаллах, основанный на измерении амплитуды· осцилляций магнитосопротивления образца не менее чем при двух зкачениях температуры и определении эффективной массы носителей из выражения _f21t²R m*c _тЧ

   Д₄ Тл St/ е*Н ^2}

   А_а Ta _r. /21t^aR m*c ^{: 5М} ehH· V где Т. и Т₂ - значения температур; и А_г - соответствующие температурам и Т₂ значения амплитуд осцилляций ;

   R - постоянная Больцмана, С - скорость света в вакууме ;

   е - заряд электрона; ti - постоянная Дирака; Н - значение магнитного доля, при котором из-. меряют амплитуду осX цилляций;

   ш* - эффективная масса носителей;

   дуемого материала; позволяет исследовать энергетическую зависимость эффективной массы на образце с не'изменной концентрацией свободных носителей и примесных центров/ а также· - влияние концентрации свободных носителей и примесных центров на закон дисперсии полупроводников и полуметаллов.

   отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа, измерение амплитуд осцилляций магнитосопротив ления осуществляют на туннельном контакте металл-исследуемый мате25 риал при напряжении смещения, определяемом по формуле

   V < ^-Е , е

   где £ - энергия, при которой опреде30 ляют эффективную массу носителей тока;

   Ер- энергия Ферми;

   V - напряжение смещения со знаком, соответствующим знаку 35 потенциала на металлическом электроде;

   е - заряд электрона.