Устройство для измерения температурной зависимости холловской подвижности носителей заряда в полупроводниковых материалах Советский патент 1980 года по МПК H01L21/66 G01R31/26 

Изобретение относится к электронно промышленности и может быть использоBaHd в устройствах для исследования явлений переноса зарядов в полупроводниковых материалах, в частности, для измерения холловской подвижности носителей заряда. Известны устройства для измерения холловской подвижности в полупроводниках 1 и 2 , 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 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 непосреяственного измерения температурной зависимости холловой подвижности и создания усТРОЙСТВ с непосредственной индикацией Наиболее близким техническим реше нием к предлагаемому является устрой ство для измерения холловской подвижности носителей заряда с. помоадыо. :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 KO-I. 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 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 измереиия 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 шинстве случаев имеет конечную величину, зачастую сравнимую с сопротивле нием объема полупроводникового материала, что значительно снижает точность измерений. Кроме того, сопротив ление контактов изменяется с изменением тетлпературы, что может привести к значительному искажению результатов измерения температурной зависимости холловской подвижности носителей заряда. Особенно сильно это проявляется при измерениях на высокоомных образцах, на которых воспроизводимое создание низкоомных омических контактов представляет значительную трудность,Поэтомунеобходимы разработка .специальной технологии изготовления низкоомных контактов и постоянный кон Tpojjb характеристик токовых кон актов В ряде случаев необходимость учета сопротивления токовых контактов приводит к дополнительным расчетам. Все это снижает точность измерений. Цель изобретения - новышение точно сти измерений путем исключения влияни сопротивления токовых контактов образ ца. . Поставленная цель достигается тем что устройство снабжено блоком отрицательной обратной связи,, вход efoTOрого подключен к потенциальным контак 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 обра ной связи обеспечивает поддержание по стоянства падения напряжения на участ ке образца,заключенном меяоду потенци альными контактами,что достигается управлением источника напряжения,т.е изменением напряжения,приложенного к токовым контактам,что позволяет исключить влияние сопротивления токовы контактов на величину измеряемой ЭДС Холла при непосредственной регистрации температурной зависимости холловой подвижности носителей заряда. На чертеже представлена блок схем устройства дляизмерения темйературно эазвйсимости-.холловскойподвижности носителей заряда в полупроводниковых материалах. Устройство содержит источник 1 напряжения, соединенный с токовыми контактами 2 и 3 образца 4, блок 5 отрицательной обратной связи, вхо4: которого соединен с потенциальн1}1ми 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 ермодатчика, расположенного на образце. Образец помещен в поле, создаваемое электромагнитом 10. Устройство работает следующим образом. Образец 4 подключается к источнику 1напряжения и между потен1шальными контактами 6 и 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 2и 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 2 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 б и 7. Поскольку геометрические размеры постоянны, а напряжение между потенциальными контактами б и 7 поддерживается постоянным автоматически, то каждому значению ЭДС Термодатчика, т.е. каждому значению температуры, соответствует ЭДС Холла, пропорциональная величине холловской подвижности носителей зйряда, 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. Яеэквипотенциальность расположения холловских контактов исключается путем коммутации направления магнитноГб поля, либо проведением измерений в переменных магнитных полях. Предлагаемое устройство для измерений температурной зависимости холловской подвижности носителей заряда вполупроводниковых материалах позволяет повысить точность непосредственного измерения температурной зависимости подвижности, так как при его применении исключается необходимость контроля величины сопротивления токовых контактов и отпадает необходимость проведения дополнительных технологических операций по уменьшению сопротивления токовых контактов или дополнительных расчетов, учитывающих влияние сопротив ления токовых контактов на величину подвижности. Формула изобретения. Устройство для измерения температур ной зависимости халловской подвижности носителей заряда в полупроводниковых материалах, содержащее источник напря ения 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, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем исключения влияния сопротивления токовых контактов образца, оно снабжено. блоком отрицательной обратной связи, вход которого подключен к потенциаль-,, :ным контактам образца,а выход - к управляющему входу источника напряжения. Источники информации,, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР 327423, кл. G 01 R 31/26, 1972i 2..Батавин В.В. Контроль паргилетров полупроводниковых материгшов и эпитаксиальных слоев. М., Советское радио , 1976, с. 23-27. 3. Кучис Б.В, Методы исследования эффекта Холла. М., Советское радио 1974, с. 16-17, 171-179 (прототип)i