Условия применения четырехзондового метода

1. Поверхность, на которой расположены зонды, должна быть достаточно большой по сравнению с расстоянием между зондами, что позволяет рассматривать кристалл как полубесконечный. Для небольших слитков  мм, для больших пластинок  мм.

2. Перед измерением поверхность проводника шлифуется микропорошком (М-14) для увеличения скорости поверхностной рекомбинации. Поверхность должна быть идеально гладкой, чтобы не искажать линии тока.

3. Зонды должны располагаться на одной прямой.

4. Диаметр контакта должен быть значительно меньше расстояния между зондами. Со временем зонды затупляются и их необходимо периодически заострять. Не следует прижимать зонды большим усилием к поверхности полупроводника во избежание быстрого затупления.

5. В практической работе при замерах поверхность, на которой располагаются зонды, не всегда можно считать полубесконечной. Если зонды находятся ближе к границе полупроводник — диэлектрик, полупроводник — металл или расположены на тонкой пластинке, то, рассчитывая , необходимо учитывать отражение источников света. Можно показать, что в подобных случаях необходимо вычислять по формуле

, (31)

где — удельное сопротивление образца, рассчитанное по формуле (30);  — поправочная функция, зависящая от типа пограничной среды и толщины образца, которую определяют теоретически; а — расстояние между границей образца и ближайшими зондами или толщина тонкой пластинки; l — расстояние между зондами.

В данной лабораторной работе исследуется пластинка, толщина которой  мм, и расстояние между зондами  мм, плоскость зондов перпендикулярна изолирующей среде и .

Таким образом, для исследуемого образца

, .

Порядок выполнения работы

Задание 1. Определение диффузионной длины пробега неосновных носителей заряда и времени их жизни.

1. Включить в сеть усилитель У2-6 и дать ему прогреться 15 минут.

2. Провести калибровку усилителя У2-6:

• поставить тумблер «Полоса» в положение «Широкая»;

• поставить тумблер «1000 Гц — 400 Гц» в положение «400»;

• измерить напряжение генератора, для чего: а) тумблер «Усилитель — Генератор» поставить в положение «Генератор»; б) нажать кнопку «Калибровка» и заметить показания вольтметра;

• не отпуская кнопку «Калибровка», перевести тумблер «Усилитель — Генератор» в положение «Усилитель» и ручкой «Калибровка» установить то же напряжение, что показал вольтметр при измерении напряжения генератора;

• переключив несколько раз тумблер «Усилитель — Генератор» из одного положения в другое (при нажатой кнопке «Калибровка») и убедившись, что показания вольтметра остаются неизменными, калибровку можно считать выполненной.

3. Поставить переключатель «Полоса» в положение «1-я узкая», переключатель «Диапазоны» — в положение «85 — 450 Гц».

4. Подготовить к работе блок питания:

• переключатели П₁, П₂, П₃ поставить в правое положение;

• переключатели «R-2» — «R-1» поставить в положение «R-2»;

• регуляторы «Установка тока» и «Регулирование мотора» повернуть против часовой стрелки до упора.

5. Включить тумблер «Сеть» блока питания.

6. Ручкой «Регулирование мотора» привести в движение вентилятор. Затем получить максимально возможные показания вольтметра на передней панели усилителя У2-6. Это соответствует модулированному сигналу. Снять показания вольтметра.

7. Снять с точностью до десятых долей миллиметра показания вертикальной линейки препаратоводителя, соответствующие полученному максимальному значению напряжения.

8. Изменяя расстояние с помощью препаратоводителя между коллектором и границей световой полосы с шагом 0,1 мм, записать для каждой точки показания вольтметра (не менее 5 точек вверх и 5 точек вниз от коллектора).

9. Построить график зависимости .

10. По наклону одного из двух прямолинейных участков графика определить диффузионную длину пробега неосновных носителей заряда в миллиметрах по формуле

.

11. Воспользовавшись известным коэффициентом диффузии носителей заряда для германия (  мм²/с), найти время жизни неосновных носителей заряда:

.

Рис. 2.8. Схема установки для определе-ния сопротивления полупроводников четырехзондовым методом

Задание 2. Определение удельного сопротивления полупроводников.

1. Ознакомиться со схемой установки для измерения сопротивления полупроводников четырехзондовым методом (рис. 2.8).

2. Подключить четырехзондовый образец к клеммам 1, 2, 3, 4 на блоке питания.

3. Переключатели П₁, П₂, П₃ блока питания поставить в левое положение.

4. Регуляторы «Установка тока» и «Регулирование мотора» поставить в крайнее левое положение.

5. Переключатели «R-2» — «R-1» поставить в положение «R-1».

6. Включить тумблер «Сеть» на блоке питания.

7. С помощью регулятора «Установка тока» установить ток в цепи, равный 2 мА.

8. При этом стрелка микроамперметра отклониться на несколько делений . Так как в точках соприкосновения зондов с образцом возникает термоЭДС, то измерения необходимо провести при разных направлениях тока (для исключения термоЭДС). Для измерения напряжения на образце при противоположном направлении тока необходимо переключатели П₂, П₃ поставить в правое положение.

9. Определить напряжение между зондами 2 и 3. Для этого значение тока микроамперметра умножим на его внутреннее сопротивление (  Ом): . Определить напряжение и для противоположного направления тока: , потом найти среднее значение напряжения:

.

10. Учитывая расстояние между зондами  мм, определить удельное сопротивление исследуемого образца по формуле

.

11. Измерения провести не менее чем при трех значениях тока (2 mA, 3 mA, 4 mA), определить каждый раз удельное сопротивление и найти его среднее значение.

12. Результаты измерений оформить в таблицу:

	Прямой ток		Обратный ток		U, мВ	, Ом·м	, Ом·м
		, мкА(~ )		, мкА(~ )
2 mА
3 mА
4 mА

13. Вычислить погрешности измерений.