Содержание к диссертации
ВВЩЕНИЕ 4
Глава І ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОЙ ПЛАЗМЫ В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ ПРИ НАЛИЧИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
1 Свойства электронно-дырочной плазмы в скрещенных электрическом и магнитном
полях 12
1,2 Твердотельные магнито-чувствительные приборы, основанные на законах движения
свободных носителей заряда в магнитном поле 24
Глава 2| ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОЙ ПЛАЗМЫ В СКРЕЩЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ 31
2.1 Основные соотношения 31
2.2. Уравнение непрерывности и граничные условия 36
213 Распределение концентрации плазмы электронов и дырок в образце . 39
2.4 Изменение электропроводности твердого тела в скрещенных электрическом и магнитном полях 51
Глава 31» НЕРАВНОВЕСНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПРИМЕСНОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА В СКРЕЩЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ 59
3. Образцы и методика измерений 59
ЗІІ1 Изменение проводимости примесного германия в скрещенных электрическом и магнитном полях 64
З.3. Измерения поверхностных электрофизических параметров твердого тела . 71
Глава 4 ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ, ОСНОВАННЫЕ НА СВОЙСТВАХ ЭЛШРОННО-ДЫРОЧШЙ ПЛАЗМЫ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ 87
4Я. Магнито-чувствительные ШР-резисторы 87
4.2 у Полевые магнито-транзисторы 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение к работе
Исследования электрических свойств твердого тела, в частности, влияния магнитного поля на эти свойства относятся к числу из наиболее распространенных в общем комплексе исследований свойств твердого тела.
Отдельное место среди них занимают исследования электрических свойств плазмы носителей заряда в твердом теле [1-3] • Задачи этих исследований весьма обширны, как и обширны области применения результатов исследования. Одним из важных аспектов этих исследований является поиск таких экспериментальных условий, при которых измеряемые электрические величины, связанные с параметрами плазмы, были бы наиболее чувствительными воздействию на твердотельный образец внешним магнитным полем. Такие физические исследования непосредственно направлены на создание твердотельных магниточувствительных приборов, а также на разработку высокочувствительных методов определения электрофизических параметров твердого тела. В результате проведения многочисленных исследований в этой области наиболее перспективным, с точки зрения применения, оказалось явление, сущность которого заключается в ком, что при помещении образца в поперечное магнитное поле и наличии дрейфа электронов и дырок в продольном электрическом поле, концентрация квазиравновесной электронно-дырочной плазмы сущентвенно изменяет свое пространственное распределение в направлении действия магнитной составляющей силы Лоренца. В результате, если условия рекомбинации и генерации плазмы на поверхностях образца, перпендикулярных направлению этой составляющей, сильно отличаются, средняя концентрация плазмы в образце в магнитном поле существенно изменяется. Это приводит к значительному изменению сопротивления образца: в области слабых магнитных полей изменение сопротивления образца за счет изменения концентрации плазмы может на несколько порядков превышать изменение сопротивления за счет изменения подвижности носителей заряда, В последнее десятилетие за рубежом и в нашей стране разработаны (при личном участии автора настоящей работы) твердотельные магниточувствительные приборы, чувствительность которых к индукции магнитного поля намного превышает чувствительность твердотельных приборов, принпиц работы которых основан на других эффектах (Холла, магнитосопротивления поперечного и др.).
Другой областью применения результатов исследования свойств электронно-дырочной плазмы в скрещенных электрическом и магнитном полях являются методы измерения параметров твердого тела, определяющих его электрические и фотоэлектрические свойства. В настоящее время известны методы определения таких важных параметров твердого тела, как время жизни электронно-дырочных пар, скорости поверхностной рекомбинации, коэффициента биполярной диффузии и других,
В общем случае закономерности поведения плазмы в скрещенных электрическом и магнитном полях определяются многими параметрами твердого тела, а также геометрией образца. Поэтому исследования этих закономерностей, определение роли каждого параметра в отдельности, являются весьма сложными. К этому приводит и то обстоятельство, что многие физические параметры твердого тела сами зависят от концентрации плазмы, а поскольку пространственное распределение концентрации плазмы принципиально неоднородно, то учет этих зависимостей является крайне затруднительным. Наибольшее число работ в этой области посвящено исследованию свойств плазмы твердого тела с собственной концентрацией носителей заряда. Это объясняется тем, что в этом случае математическое описание явлений является наиболее простым, а в экспериментальном плане тем, что, принимая соответствующие меры, можно исключить из рассмотрения целый ряд побочных явлений, таких как продольный дрейф электронно-дырочной плазмы, зависимость коэффициента диффузии от концентрации плазмы и ряда других. На много меньшее число работ посвящено исследованию свойств плазмы в твердом теле при наличии легирующей примеси. В большинстве этих работ исследованы особенности дрейфа плазмы в антимоните индия при низких температурах. Однако в практическом плане в настоящее время наибольший интерес представляют исследования свойств электронно-дырочной плазмы в германии. Большие времена жизни электронов и дырок, высокие подвижности как электронов, так и дырок, обуславливают наибольшую магнито-чувствительность приборов на его основе. Однако работы по комплексному исследованию процессов, происходящих в плазме, дрейфующей в образцах с размерами, близкими или тождественными размерам твердотельных магнито-чувствительных приборов Отсутствуют, что в значительной мере затрудняет разработку тех или других модификаций приборов, приводит к эмпирическому подходу в разработке технологии приборов с оптимальным набором метрологических характеристик. Так, не исследовано влияние легирования на изменение проводимости германиевых образцов, влияние на нее продольного электрического дрейфа плазмы и ряд других факторов, в значительной мере определяющих характеристики реальных приборов. С научной точки зрения, проведение таких исследований важно для всей физики гальваномагнитных явлений, так как изменение концентрации носителей заряда существенно изменяет закономерности эффекта Холла, поперечного магнито-сопротивления и других эффектов. Из сказанного следует, что исследование особенностей дрейфа электронно-дырочной плазмы в твердотельных магниточувствительных элементах является актуальной задачей.
