2.8.2. Бесконтактные индуктивные методы измерения удельного сопротивления

Физические основы индуктивного метода измерения удельного сопротивления заключаются в следующем. Установка для измерения удельного сопротивления индуктивным методом состоит из катушки, по которой протекает переменный ток, и регистрирующего устройства для определения величины и фазы этого тока. При измерениях удельного сопротивления исследуемый образец в виде слитков и стержней помещают в проходную катушку либо накладную катушку прижимают к поверхности исследуемого образца. В обоих случаях осуществляется индуктивная связь образца с катушкой индуктивности. При помещении цилиндрического образца в электромагнитное поле катушки в образце индуктируются вихревые токи. Эти токи в свою очередь создают противоположное по направлению магнитное поле, ослабляющее первоначальное, что ведет к уменьшению плотности тока по мере удаления от поверхности образца. При этом цилиндрический образец можно рассматривать как полый цилиндр с толщиной стенки , обладающий индуктивностью L₂ и сопротивлением R₂. Катушку индуктивности вместе с образцом можно представить эквивалентной схемой связанных контуров. Эквивалентная схема катушки индуктивности с помещенным в нее образцом имеет вид, приведенный на рис. 2.15.

При взаимодействии с образцом параметры катушки индуктивности изменяются: активное сопротивление возрастает на величину ΔR₁, а индуктивное сопротивление уменьшается на величину Δ(wL₁). Вносимое активное ΔR₁ и реактивное Δ(wL₁) сопротивления зависят от эквивалентного сопротивления образца R₂, которое связано с его удельным сопротивлением. Это дает возможность определять удельное сопротивление образца на основе измерения параметров катушки индуктивности. Для упрощения методики измерений при использовании индуктивных методов пользуются калибровочными зависимостями, полученными на эталонных образцах. Величина погрешности измерений такая же, как в случае применения емкостных методов.

Рис. 2.15. Эквивалентная схема катушки индуктивности

с помещенным в нее образцом: L₁ - индуктивность катушки,

R₁ - сопротивление катушки; L₂ - индуктивность образца,

R₂ - сопротивление образца

К преимуществам индуктивного и емкостного методов измерения удельной проводимости относится независимость результатов измерений от наличия на поверхности образца тонких слоев с другой величиной удельной проводимости, так как вносимое сопротивление определяется сопротивлением всего объема образца. К недостаткам этих методов можно отнести: выполнение длительного и кропотливого процесса градуировки по эталонным образцам; большую глубину проникновения высокочастотного поля в полупроводник, что сильно снижает чувствительность метода.

3. Гальваномагнитные методы измерения параметров полупроводников

Гальваномагнитные явления - это кинетические явления, возникающие в твердых телах, в том числе полупроводниках, при совместном действии на них электрического и магнитного полей.

К гальваномагнитным явлениям относят:

- эффект Холла;

- магниторезистивный эффект, или магнитосопротивление;

- эффект Эттингсгаузена, или поперечный гальванотермомагнитный эффект;

- эффект Нернста, или продольный гальванотермомагнитный эффект.

Одно из наиболее изученных гальваномагнитных явлений - эффект Холла. Он является самым мощным методом исследования параметров полупроводников.