(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭДС ПбПЕРЕЧНОГС ЭФФЕКТА НЕРНСТА-ЭТТИНГСГАУЗЕНА В ПОЛУПРОВОДНИКОНЛХ МАТЕРИАЛАХ
Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для измерения ЭДС поперечного эффекта Нернста-Эттингсгаузена 5 в полупроводниковых материалах.
Известно устройство для измерения поперечного эффекта Нернста-Эттиягсгаузена 1 . В этом устройстве градиент температуры создается блоками Q нагревателя и холодильника,между которыми устанавливается образец. ЭДС измеряется с помсядью зондов.
Недостатком этого устройства является наличие теплообмена меязду окружгиощей средой и образцом, теплоотвод по измерительным зондам и термопарам, что нарушает условия изотермичности и приводит к ошибкам при измерениях.
Известно также устройство для из- 20 мерения ЭДС поперечного эффекта Нернста-Эттингсгаузена в полупроводниковых материалах 2 , содержащее нагреватель, холодильник и регистрирующий прибор.25
Недостатком этого устройства kвляется его непригодность для измерений при температурах свыше 50оРк, что вызвано необходимостью применения изомерующих прокладок, которые ухудща- JQ
ют тепловой контакт образца с поверхностями нагревателя и холодильника. Последнее являетсй причиной появления паразитного сигнала эффекта РигиЛедюка.
Целью изобретения является расширение температурного диапазона измерений и обеспечение исследования неоднородностей в полупроводниковых материалах.
Поставленная цель достигается тем, что нагреватель и холодильник выполнены в виде набора пластин металла и диэлектрика, причем металлические , пластины соединены с регистрирующим прибором.
На чертеже приведена упрощенная схема устройства.
Образец 1 помещен между нагревателем 2 и холодильником 3. Металлические пластины 4 нагревателя и 5 холодильника имеют электрический контакт с поверхностями образца 1.
Градиент температур в образце измеряют с помощью термопар 6. С помощью коммутатора 7 к регистрирующему прибору 8 подключают любую пару металлических пластин. Образец питают от источника Toka 9. Нагреватель и холодильник выполнены из набора пластин металла и диэлектрика.В качестве диэлектрика используют пластинки окиси бериллия, две грани большой площади которых металлизированы. Пластинки тугоплавкого металла (вольфрама, молибдена) прокладывают меяоду этими .гранями , после чего весь этот набор сваривают в вакууме диффузионной сваркой, что обеспечивает монолитность .и высокую прочность блоков. Для обеспечения перепада температур один из блоков снабжают резистивным нагревателем. Таким образом, структура нагревателя и холодильника представляют собой чередующиеся слои металл-дизлектрик-металл..., причем металлические пластины исполь зуются в качестве линейных зондов для измерения кинетических эффектов (ЭДС ПЭНЭ, Холла, электропроводности, термо-ЭДС), а пластины диэлектрика исключают электрическое закорачивание полезного сигнала между выбранной для измерений парой зондов. Нагреватель и холодильник предлагаемого устройства однородные в тепловом отношении rt регулярно неоднородные в электрическом, обеспечивают хороший тепловой контакт с поверхностью образца, эффетивно закорачивая паразитный сигнал Риги-Ледюка. В то же время линейные зонды, контактируя с поверхностью образца по большой площади, обеспечивают надежный и воспроизводимый электрический контакт при высоких температурах. Теплоотвод по ним практически полностью подавлен, так как блок в целом однороден по тепловым свойствам, что обеспечивается оптимальным соотношением толщин пластин диэлектрика и металла (10 к - 20). Наличие большого количества зондов, контактирующих с образцом по двум его оппозитивным граням, позволяет исследовать микронеоднородности в полупроводниках, измеряя распределение четырех кинетических коэффициентов (ЭДС Нернста-Эттингсгаузейа, термо-ЭДС, постоянная Холла, Удельная электропроводность).
Держатель с образцом 1 монтируют в вакуумной камере, нгисодящейся в зазоре электромагнита. Внешний нагреватель (на чертеже не показан), управляемый автоматическим регулятором, задает требуемую температуру измерений. Измерения кинетических коэффициентов проводят в двух режимах. .
. В первом режиме включают нагреватель 2 и на образце I создается градиент температур. Включение магнитного поля Н приводит к появлению ЗДС поперечного эффекта Нернста-Эттингсгаузена (V Q); распределение по образцу снимается либо с пар зондов 4 1-4г2, , , нагревателя, либо с пар ,
5 3-5г4.,. холодильника. После измерения VQ магнитное поле выключают и проводят измерение распределения коэффициента термо-ЭДС по образцу Vof ; сигналы снимают с оппозитных пар зондов 4 1-5 1, 4 , 4 3-5. 3Перепад температур на образце измеряется термОпа:рами б.
Во втором режиме нагреватель выключают и после установления теплового равновесия включают источник 9 тока через образец. Включение магнитного поля Н приводит к появлению ЭДС Холла (VR), распределение которой на образец снимается с оппозитных пар зондов 4 1-5--, , 4 ... После выключения магнитного поля измеряют распределение удельного электросопротивления по образцу ( сигналы MI снимаются либо с пар зондов , , 4-3-4 4... нагревателя/ либо с пар , , 5 ,... холодильника.
Таким образом, измеряя перечисленные гальвано- и термомагнитные сигналы между соответствующими парами зондов, определя;ют пространственное распределение соответствую1дих параметров (Q, R,to , с ) и делают выводы о степени однородности исследуеМрго образца в широком интервале температур (300-1000°К).
Пример. Нагреватель и холодильник были выполнены из набора пластинок окиси бериллия размером 6 X 9 X 1,45 мм, грани 6x9 которых были металлизированы никелем. Между ними прокладывались пластинки из вольфрс1ма толщиной 0,1 мм. Весь этот набор диффузионно сваривался в вакууме. Готовый блок имел размеры 6 X 9 X 28 мм. Нагреватель и холодильник с образцом монтировались на держателе, который помещался в вакуумную камеру, расположенную между пол1юсами электромагнита. Измерения проводились в атмосфере инертного газа. Для измерений ЭДС Нернста-Эттингсгаузена был выбран образец свинца
.,-ъ
N-типа с концентрацией 1,2210 см
Применение в предлагаемом устройстве нагревателя и холодильника, выпрлненных из набора пластин металла и диэлектрика, позволяет расширить дапазон измерений ЭДС ПЭНЭ и других гсшьваномагнитных и термоэлектрических эффектов до и обеспечивает; возможность исследования неодно-, родностей в полупроводниковых материалах в широком интервале температу Использование Предлагаемого устройства значительно расширяет экспериментальные возможности исследователей, работайщих в области физики полупроводников.
Формула изобретения
Устройство для измерения ЭДС поперечного эффекта Нернста-Эттингсгаузена в полупроводниковых материалах содержащее нагреватель, холодильник и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью расширения температурного диапазона измерений и обеспечения исследования неоднородностей в полупроводниковых материалах, нагреватель и холодильник выполнены в виде набора пластин металла и диэлектрика, причем металлические пластины соединены с регистрирующим прибором.
Источники информации, принятые во внимание при экспертиз1.Аверкин Е.М. Лабораторная установка для измерения кинематических параметров в полупроводниках.
Сборник научных трудов аспирантов Воронежского Госуниверситета/1962, вып. 2, с. 3-7.
