Изобретение относится к способам контроля параметров полупроводников и может быть использовано для исследования однородности и качества материалов, применяемых в полупроводниковом приборостроении, а также для научных исследований. Известен способ определения концентрации носителей заряда в полупроводниках, основанный на эффекте Холла, заключающийся в том, что образец полупроводникового материала помещают в ортогональные магнитное и электрическое поля, измеряют проводимость образца и холловскую разность потенциалов, по которым с помощью расчетных формул определяют параметры материала СОНедостатками известного способа являются невысокая точность измерений , обусловленная паразитными эффектами, например эффектом Эттингаузена зависимость результатов от формы образца, а также невозможность локаль- ного определения концентрации. Известен также способ определения, концентрации носителей заряда в полупроводниках, основанный на измерении вольт-фарадных характеристик барьера Шоттки, заключающийся в том, что на участке поверхности полупроводника создают барьер Шоттки, к нему прикладывают обратное изменяющееся напряжение и измеряют зависимость емкости барьера от приложенного напряжения, в результате обработки -которой по расчетной формуле определяют концентрацию примесей на заданной глубине полупроводника С2 . Недостатком этого способа также является невысокая точность измерений, обусловленная неточностью измерений площади контакта, величин емкости и напряжения на барьере, а также-ошибками дифференцирования зависимости емкости барьера от приложенного напlправило, произ ряжения, которое, как водят графически. Применимость метода вольт-фарадных характеристик барьера Шоттки ограничена также и тем, что не длявсех полупроводников при изготовлении кон такта металл-полупроводник образуетс барьер Шоттки, в частности для таких материалов, как п - InAs, п - РЬТе, име ющих на поверхности обогащенный носи телями слой. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения концентрации свободных носителей заряда в вырожденных полупроводниках, основан ный на эффекте Шубникова-де Гааза и заключающийся в том, что помещают об разец в магнитное поле, регистрируют осцилляции поперечного магнитосопротивле-ния образца при изменении магнитного поля, изменяют их период по величине, обратной напряженности маг нитного поля, и с помощью расчетной формулы определяют параметр. В случае изотропного закона дисПерсии концентрации свободных носите лей заряда рассчитывают согласно это V по формуле му спсгс 1 Г 2Р 13/2 ftr/ 1 гзряд электрона; скорости сзета в вакууме; постоянная Диоака; период осцигцтяций мзг-;-||1То™ сопротивлений по величине,, обратной напряженное Г;--, мзг нитного поля, Этот способ является значьгге.пьио гогзее -с-;ным, чек указанные вуше йк гсак для определения концеитрдции наобхо.ачмо измерять всего одну величину период осци.-пляций по ве мчмне обратной -напряженности .магнитного по ля. Кроме гого. ос лнесталекию cncr;D ба не сопутствуют какие-либо существенные паразитные эффекты влужкщиа на период осцилляции Гз. Основным недостат ом известного способа является то, что он дает усредненное по объему образца эначенне концентрации и не может быть использо взн для определения локальной приповер ностной концентрации носителей заряда,.т.е. не дает возможности измерения концентрационного профиля. Цель изобретени - обеспечение ло кального определения концентрации но iS сителеи и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения концентрации свободных носителей заряда в вырожденных полупроводниках, зак.лючающемуся в том, что помещают образец в магнитное поле, регистрируют осцилляции поперечного магнитосопротивления образца при изменении магнитного поля, измеряют их период по величине, обратной напряженности магнитного поля , и с помощью расчетной формулы определяют параметр, к исследуемому образцу осуществляют туннельный контакт и дополнительно измеряют период осцилляции дифференциального магнитосопротивления туннельного контакта при нулевом напряжении смещения на нем. Поскольку в данном случае регистрируются осцилляции дифференциального магнитосопротивления образца с туннельным контактом в магнитном поле, в нем определяется средняя концентрация свободных носителей заряда в малом объеме , где S - площадь туннельного контакта, В - длина свободного пробега, т.е. обеспечивается высокая .локальность измерений. Физическа.я сущность способа поясн.лется следунлдим образом. Дифференциальное сопротивление туннельного контакта при постоянном нап.р.яжв.мии смещения V обратно пропорцио|-;ально п/,отности состояний полупроводник..: при энергии p+eV (р - энергия Фар.... полупроводника, знак смещения соответствует знаку потенциала на полупроводниковом электроде). Если конT3s-r помещают а магнитное поле, в плотности состояний полупроводника ;|,ояег;я,-о-гся максимумы, связанные с уровнями Ландау. Это приводит к возникновению осцилляции типа де Гаазаван .ъпьфена в зависимости дифференциального сопротивления от магнитного по/гя. Осцилляции периодичны по величине 5 обратной величине напряженности магнитного поля, и при нулевом смеидении на контакте их период определяют квазиимпульс электронов в полупроводнике при энергии, равной энергии Ферми, который в случае изотропного закона дисперсии однозначно сзязан с концентрацией носителей заряда в полупроводнике. Пример. Согласно предлагаемому способу определяют концентрацию злектронов 8 различных точках образца n - InAs. с ,25- Туннельные контакты n- InASxf.Px окисел Pb изготавливают по известной методике. При этом образец п- InAs-.yPx после механической шлифовки и полировки травят в полирующем травителе и обезгаживают при в вакууме (2-5) рт. ст. в течение двух часов. Окисление проводят в атмосфере сухого кислорода при давлении 750 мм рт. ст.О и 120°С в течение ч. Свинец наносят термическим распылением через маску в вакууме (1-2)-10 мм рт. ст. Туннельный контакт может быть осуществлен с помощью прижимного электрода 5 из свинца. В обоих случаях туннельный контакт легко удаляется с образца после эксперимента. При изготовлении туннельного контакта образец имел при ОмическиеЗО этом комнатную температуру контакты к п- 1лА5.Р изготавливают вплавлением индия. Во время измерений образец помеща ют в жидкий гелий в рабочий объем сверхпроводящего соленоида. Осцилляции дифференциального магнитосопротивления измеряют с помощью устройст ва для исследования малых нелинейнос тей вольт-амперных характеристик тун нельных структур, позволяющего осуществлять запись зависимости дифференциального магнитосопротивленил от напряженности магнитного поля в диапазоне 0-60 кЭ на двухкоординатном самописце. Концентрацию свободных носителей определяют в двух точках поверхности образца, отстоящих одна от другой на 3 мм. Исследуемый объем вблизи каждой точки составляет (О ,05О ,051 О ) ,5-10-3 см Результаты приведены на чертеже, из которого видно, что периоды осцил ляций для двух кривых существенно отличаются. Кривой 1 соответствует концентрация ,08-1 О см ; кривой 2 - 9,0710 . Из данных, представленных на чертеже, очевидно, что с помощью предлагаемого метода можно регистрировать и меньшую рааницу в концентрации электронов, в то время как другие методы уже в приведенном примере не позволяли бы с достоверностью различить концентрации носителей в двух точках образца.
По сравнению с методом вольт-фарадных характеристик предлагаемый способ позволяет существенно увеличить точность измерений (примерно в 2-k раза); в отличие от метода, основанного на эффекте Шубникова-де Гааза, позволяет измерять локальную приповерхностную концентрацию носителей заряда, что является очень важным в полупроводниковом приборостроении, поскольку именно приповерхностные свойства материалов определяют параметры многих полупроводниковых приборов; кроме того, можно с высокой точностью измерять концентрационные профили в вырожденных эпитаксиальных пленках полупроводниковых материалов, и таким образом, улучшить контроль их качества. Формула изобретения Способ определения концентрации свободных носителей заряда в вырожденных полупроводниках, заключающийся в том, что помещают образец в нитное поле, регистрируют осцилляции поперечного магнитосопротивления образца при изменении магн итного поля, измеряют их период по величине, обратной напряженности магнитного поля, и с помощью расчетной формулы определяют параметр, отличающийс я тем, что, с целью обеспечения локального определения концентрации носителей и повышения точности, к исследуемому образцу осуществляют туннельный контакт и дополнительно измеряют период осцилляции дифференциального магнитосопротивления туннельного контакта при нулевом напряжении смещения на нем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Батавин В.В. Контроль параметров полупроводниковых материалов и эпитаксиальных слоев. М., Советское радио, 19.78, с. 23-27. 2.Цидильковский И.М. Электроны и дырки в полупроводниках. М., Наука, 1972, с. (прототип).
s I
ч
20
Л
