Бесконтактные методы

Большинство бесконтактных методов измерения удельной электрической проводимости основано на взаимодействии полупроводника с электромагнитным полем высокой частоты. При этом возможны два метода измерений. В одном из них - мостовом (рис. 1) - образец полупроводника с помощью емкостной связи введен в одно из плеч моста, питаемого переменным током высокой частоты. Изменяя значения C и R, добиваются компенсации моста, при этом величина R равна электрическому сопротивлению образца. Другой класс бесконтактных методов (методов введения образца в контур) основан на взаимодействии полупроводника с электромагнитным полем радиотехнического колебательного контура LC.

a)

б)

Рис.1. Схемы бесконтактных методов измерения удельного сопротивления полупроводников: а - мостовой метод; б - емкостной метод

При взаимодействии измеряемого полупроводника с колебательным контуром изменяется добротность последнего. Добротностью Q контура называется отношение реактивного сопротивления контура к его активному сопротивлению. Изменение добротности обусловлено тем, что при введении образца в контур вносятся дополнительные потери. Величина этих потерь, а следовательно, и величина Q функционально связаны с сопротивлением образца. Функцию Q = f() предварительно получают посредством измерения образцов с известным удельным сопротивлением, т.е. функция Q = f() является градуировочной кривой, по которой и определяется величина .

Таким образом, погрешность бесконтактных методов определяется в первую очередь погрешностью градуировки.

Все бесконтактные методы различаются между собой способом введения в контур исследуемых образцов. В конденсаторном методе плоский образец помещается между обкладками конденсатора, а образец в виде слитка вводится в конденсатор, изготовленный в виде разрезанных металлических колец. В обоих случаях добротность контура можно измерять посредством стандартного Q-метра на частотах 30  50 МГц. Одним из достоинств конденсаторного метода является возможность измерения слитков в полиэтиленовой пленке, предохраняющей материал от загрязнения. Недостатком метода является необходимость использования образцов только правильной геометрической формы.

В индуктивном методе образец вносится в катушку индуктивности. Этот метод менее распространен по сравнению с конденсаторным из-за того, что он малочувствителен к измерению высокоомных образцов. Наибольшее распространение он получил при измерении удельного сопротивления расплавленных полупроводников. Расплав помещается в ампулу, которая располагается внутри индуктивной катушки.

Существуют также бесконтактные методы, использующие колебания СВЧ-диапазона (10⁹ Гц). Наиболее точными из них являются резонаторные методы. В области СВЧ добротность объемных резонаторов велика (10³  10⁴), поэтому внесение в резонатор полупроводникового образца резко снижает добротность. Образец может либо помещаться внутри резонатора, либо закрывать собой отверстие в стенке резонатора.