Спосіб визначення рухливості неосновних носіїв заряду в твердих тілах і відношення питомих провідностей неосновних і основних носіїв заряду

Спосіб визначення рухливості неосновних носив заряду в твердих тілах і відношення питомих провідностей неосновних і основних носіїв заряду, що включає внесення зразка твердого тіла в магнітне поле перпендикулярно прикладеній напрузі, вимірювання питомого опору при виключеному магнітному полі, який відрізняється тим, що вимірюють точку перегину поперечного магнітоопору і величину магнітоопору в цій точці, а рухливість неосновних носіїв заряду ц н і відношення питомих провідностей неосновних і основних носіїв заряду а н / а 0 обчислюють за формулами Спосіб визначення рухливості неосновних носив заряду в твердих тілах і відношення питомих провідностей неосновних і основних носіїв заряду Винахід належить до твердотільної електроніки і може бути використаний для визначення рухливості неосновних носіїв заряду в напівпровідниках, провідниках та надпровідниках з метою вивчення властивостей цих матеріалів і прогнозування характеристик приладів на їх основі ВІДОМІ на НИНІШНІЙ день способи визначення рухливості неосновних носив заряду (ННЗ) базуються на оптичних вимірюваннях попередньо збудивши неосновні носи електромагнітним чи корпускулярним випромінюванням Так є спосіб визначення рухливості ННЗ, що базується на внесенні зразка в схрещені електричні та магнітні поля і реєстрації сигналу негативної люмінесценції або освітленні його імпульсом світла, що сильно поглинається і реєстрації залежності коефіцієнта відбивання від величини магнітного поля [1] Недоліком цього способу є те, що він застосовний тільки для напівпровідників, причому далеко не для всіх і не при будь-якій температурі Для реалізації варіанту з відбиванням світла слід, як мінімум, мати ВІДОМОСТІ про ширину забороненої зони, а отже, цей метод не є простим у застосуванні до нових матеріалів Відомий також спосіб, що грунтується на внесенні зразка в схрещені електричні та магнітні поля, інжекції ННЗ шляхом освітлення поверхні зразка імпульсом світла, що сильно поглинається і реєстрації сигналу фотолюмінісценсп з поверхні зразка протилежній освітленій і вимірюванні часу затримки максимального сигналу фотолюмінісценсп відносно максимуму інтенсивності імпульсу світла і обчислення рухливості ННЗ за формулою [2] Недоліки цього способу такі ж як і попереднього, крім того він передбачає попереднє визначення рухливості основних носіїв заряду (ОНЗ), що пов'язане з вимірюванням коефіцієнта Голла в сильних магнітних полях Задачею винаходу є створення способу визначення рухливості неосновних носіїв заряду в твердих тілах і відношення питомих провідностей неосновних і основних носіїв заряду, який дозволив би розширити інтервал температур, при яких можливі вимірювання, а також розширив би коло досліджуваних матеріалів Суть запропонованого способу полягає в на "_Р^п]_ 1 Ро 'о V Ро , де В п - індукція магнітного поля в точці перегину поперечного магнітоопору, р(В п ) - поперечний магнітоопір в точці В п , р 0 - питомий опір при відсутності магнітного поля CO Ю З 53110 ступному Класична феноменологічна модель гальваномагнетних явищ в ізотропних твердих тілах з двома типами носив заряду дає такі формули рухливості ННЗ і відношення провідностей ННЗ до ОНЗ[3] 4 Р ( У _ 1 (1), З Ро де цн - рухливість ННЗ, Вп - індукція магнітного поля в точці перегину поперечного магнетоопору, р(Вп) - поперечний магнетоопір в точці перегину кривої магнетоопору, Ро - питомий опір при відсутності магнітного поля, а н - питома провідність ННЗ, оо - питома провідність ОНЗ Ці формули не застосовні (дають значну неточність) тільки при умові якщо рухливість неосновних носіїв на кілька порядків менша за рухливість основних Проте, в усіх практичних випадках рухливість ННЗ або значно більша за рухливість ОНЗ або ці дві величини співмірні Отже, для визначення рухливості ННЗ цн слід виміряти три величини Вп, р(Вп) і ро В ролі джерела магнітного поля можна використати як постійний магнат так і електричний, який працює в імпульсному чи постійному режимі Практично, слід виміряти польову залежність р(В) до точки и перегину Вп Оскільки у формулу для обчислення цн входить відношення LXJLL TO ПИТОМІ опори не обов'язково вимірювати Ро в абсолютних величинах, їх можна виміряти і у р(в„ ж Ро можна замінити на відношення ВІДПОВІДНИХ спадів напруг UBr U Так як точка перегину Вп лежить відразу після закінчення квадратичної ділянки р(В), то вимірювання проводяться тільки в слабих магнітних полях, що дає можливість проводити вимірювання при різних температурах і для різних матеріалів Крім того, оскільки вимірювання проводяться в слабих магнітних полях, на точність визначення цн не впливає залежність її від магнітного поля, яка є тим більша ,що більше магнітне поле В запропонованого способі є ще одна перевага сигнал магнітоопору є досить великий Наприклад, оскільки р»»Рху, то він набагато більший від Голлівського сигналу Приклад 1 Потрібно визначити рухливість легких дірок, які є ННЗ в напівпровіднику InSb р-типу провідності при Т=77К 3 виміряної залежності поперечного опору від індукції магнітного поля отримано Вп=0,058Т, Ш п і =1,028 За формулами Ро (1) і (2) отримуємо рухливість ННЗ -1,028-1 = 0,058 З ^JL = 4(1,028-1) = 0,11 а о Для цього ж зразка при Т=160К Вп=0,41Т, РО Ро відносних одиницях, тобто і відношення провідностей В-с 0,41 З В-с У-= 4(3,11-1) =8,4 Приклад 2 Слід визначити рухливість ННЗ в алюмінії при Т=4,2К Для очищеного алюмінію виp міряно Вп=0,36Т, B ( ) Ро За формулами (1) і (2) отримуємо В-с 0,36 { З ^ - = 0,24 Для алюмінію, очищеного зонною очисткою виміряно Вп = В ^ ^ РО За формулами (1) і (2) дістаємо — ц н =15,2 [В-с ^- = 0,24 Для надчистого алюмінію виміряно Вп=0,033Т, £ ^ = 106 Ро За формулами (1) і (2) отримуємо В-с ^- = 0,24 Приклад 3 Потрібно визначити рухливість електронів, які є ННЗ в високотемпературному надпровіднику УВагСизО? в нормальному стані при температурі Т=92,5К ,що наближається до критичної 3 виміряної залежності поперечного опору від індукції магнітного поля отримано ~„ w,w. ., - А ] = 1,23 Ро За формулами (1) і (2) отримуємо рухливість ННЗ (електронів) цн=15,8 В-с і відношення провідностей ^ - = 0,92 °0 Література 1 Авторське свідоцтво СРСР №820534, H01L 5 53110 6 21/66,1985p Anomaly in superconductors The 1997 Int Workshop 2 Авторське свідоцтво СРСР №1056316, H01L on superconductivity co-spensored by ISTEC and 21/66,1983p MRS, June, 15 -18,1997, Big Island, Hawaii, USA 3 Y Ougnn, About the Absence of the Hall-effekt TOB "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24