Визначення рухомості основних носіїв заряду

В НАПІВПРОВІДНИКАХ ШЛЯХОМ ВИМІРУ

ГЕОМЕТРИЧНОГО МАГНЕТООПОРУ

 

Мета роботи – навчитися визначати методом геометричного магнетоопору рухомість основних носіїв заряду в тонких однорідних напівпровідникових шарах з домішковою провідністю.

 

Загальні відомості

 

Викривлення силою Лоренца траєкторії носіїв заряду у магнітному полі веде до зменшення складової струму, спрямованої вздовж вектора напруженості електричного поля, що еквівалентно підвищенню питомого опору напівпровідника. Це явище отримало назву ефекту магнетоопору або ефекту Гауса чи магнеторезистивного ефекту [4].

Викликана цим ефектом зміна повного опору напівпровідника, що визначається як

 

∆ R = R (B)- R (0), (4.1)

 

де R (B) і R (0) – повні опори напівпровідника відповідно у магнітному полі з індукцією В та при В = 0,

 

є тим більшою при одних і тих же значеннях В, чим, наприклад, меншим є відношення довжини l прямокутного напівпровідникового зразка у напрямку між двома паралельними струмовими електродами до його ширини d, якій відповідають найбільші розміри вказаних електродів. Тому найбільші значення ∆ R для прямокутних напівпровідникових зразків досягаються при використанні коротких й широких зразків з l / d << 1 і срумовими електродами, утворюючими омічні контакти до напівпровідникового матеріалу повністю вздовж його довгих сторін. Схематичне зображення подібного зразка показано на рисунку 4.1.

 

 

Рисунок 4.1 – Схематичне зображення зразка для виміру геометричного магнетоопору

Оскільки при такій геометрії зразків, у протилежність довгим і вузьким холловим зразкам з l / d ³ 3, струмові електроди ефективно шунтують протилежні холлові грані, то холлове поле у них практично відсутнє. Завдяки цьому під дією сили Лоренца викривляються траєкторії усіх основних носіїв заряду, що і забезпечує найбільш суттєвий прояв магнеторезистивного ефекту, котрий у розглянутому випадку зветься геометричним магнеторезистивним ефектом або ефектом геометричного магнетоопору.

При реалізації ефекту геометричного магнетоопору за умови, що вектор В є перпендикулярним до планарної поверхні зразка (дивись рис. 4.1), згідно до [6, 7]

 

, (4.2)

 

де r_M – коефіцієнт, що залежить від типу розсіювачів носіїв заряду (дивись таблицю 4.1).

 

Таблиця 4.1 – Залежність коефіцієнту r_M від типу розсіювачів носіїв заряду у напівпровідниковому матеріалі

 

Розсіювачі	Акустичні фонони	Іонізована домішка	Нейтральна домішка
rM , відн. од.	1,33	2,43	1,00

 

Як видно зі співвідношень (4.1) і (4.2), за результатами експериментального виміру геометричного магнетоопору ∆ R досить легко знаходиться рухомість основних носіїв заряду μ. Ця обставина стала ключовим чинником для широкого застосування метода геометричного магнетоопору щодо визначення параметру μ у практично важливих напівпровідникових матеріалах і особливо у випадках, коли використання інших методів для визначення μ неможливо. Наприклад, коли напівпровідникові шари знаходяться на підкладках зі значно більшою, ніж у самих шарах, провідністю.