Устройство для исследования гальваномагнитных эффектов в полупроводниках

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффии5 ента Холла, холловской подвижности носителей заряда, магнитосопротивления и электропроводности полупроводников . Целью изобретения является повышение точности и производительности за счет снижения помех и автоматизации измерений. Через блок 17 интерфейса и шину 16 данных в ЦАП 13 и 15 задаются величины, определяющие ток в образце 3 и индукцию поля, создаваемого электромагнитом 14. Ток протекает через электроды 9, 11 и регистрируется измерителем 8. Усилители 1, 10 и 12 образуют управляемый плавающий источник напряжения со средней точкой. Вход усилителя 1 подключен к зонду 2, входов АЦП 4,5 - к зондам 6, 7. Вся информация поступает на регистратор 18. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.. Ы 1496463 Al (51)5 G 01 N 27/72

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР к * кк

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;;." :, "" .:-";;:;;,, 1 - - -"

К АВТО РСКО1ЛУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ ф )

С3 ф (:) (21) 4264240/21 (22) 16.06.87 (46) 15.10.91. Бюл, ¹ 38 (71) Институт физики полупроводников АН

ЛитССР (72) Е.В. Кучис и M.A. Пяткунас (53) 621.317.335(088.8) (56) Кучис Е.В. Методы исследования эффекта Холла. — M,: Советское радио, 1974, с, 114.

Авторское свидетельство СССР

¹ 363053, кл. 6 01 R 31/00, 1970, (54) УСТРОЙСТВГ ЛЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГАЛ ЬВАНОМАГНИТ!IblX ЭФФЕКТОВ В

ПОЛУПРОВОДНИКАХ (57) Изобретение о;-носится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента Холла, холловской подвижности носителей заряда, магнитосопротивления и электропроводности полупроводников, Целью изобретения является повышение точности и производительности за счет снижения помех и автоматизации измерений. 4ерез блок 17 интерфейса и шину 16 данных в ЦАП 13 и 15 задаются величины, определяющие ток в образце 3 и индукцию поля, создаваемого электромагнитом 14. Ток протекает через электроды 9, 11 и регистрируется измерителем 8, Усилители 1, 10 и 12 образуют управляемый "плавающий" источник напряжения со средней точкой. Вход усилителя 1 подключен к зонду 2, входов АЦП 4, 5 — к зондам

6, 7. Вся информация поступает на регистратор 18, 1 ил.

1496463

25

30 с

40

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента Холла, холловской подвижности носителей заряда, магнитосопротивления и электропроводности полупроводников, Целью изобретения является повышение точности и производительности устройства за счет снижения помех и автоматизации измерений.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

Устройство содержит усилитель 1, вход которого соединен с поперечным холловским зондом 2 образца 3, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 4 и 5, входы которых соединены с поперечным холловским зондом би продольным зондом 7 напряжения электропроводности соответственно, цифровой измеритель 8 тока, один вход которого соединен с выходом усилителя 1, а другой — с токовым электродом 9, дифференциальный усилитель 10, входы которого соединены с токовыми электродами 9 и 11, дифференциальный усилитель 12, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя 10, а выход — c токовым электродом 11, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13, выход которого соединен с входом усилителя

12, электромагнит 14, вход которого соединен с выходом ЦАП 15. В зазоре электромагнита 14 размещен образец 3. Выходы АЦП

4, 5 и измерителя 8, входы ЦАП 13 и 15 соединены шиной 16 данных с блоком 17 интерфейса. К шине 16 подключен и регистратор 18.

Устройство работает следующим образом, Нэ токовые электроды 9 и 11 подается напряжение с выхода усилителя 1 через входную цепь измерителя 8 и с выхода дифференциального усилителя 12. Одновременно с этих же электродов напряжение подается на входы дифференциального усилителя 10, и после усиления,с коэффициентом усиления К10 с его выхода напряжение на второй вход усилителя 12, где оно сравнивается с величиной опорного напряжения, задаваемого через блок 17, шину 16 и

ЦАП 13. В результате цепь отрицательной обратной связи, образованная усилителями

10 и 12, поддерживает величину напряжения, подаваемого на образец 3 в соответствии со следующей формулой:

09,10 = 0ЦАП/К10 где 1.19,10 — напряжение между токовыми электродами 9, 11;

ОцАп — напряжение на выходе ЦАП 13, Таким образом, установка величины напряжения на образце и закономерность изменения его во времени задаются автоматически программой, вводимой через блок 17.

Часть образца 3 между зондом 2 и электродом 9 включена через измеритель 8 в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1. При этом нэ выходе усилителя 1 и на электроде 9 поддерживается напряжение

Ug такой величины, при которой напряжение U2 на зонде 2 близко к потенциалу общей шины:

02 =. Ug/К1, где K1 — коэффициент усиления усилителя 1 (предполагается, что К1»1);

Ug — напряжение на электроде 9.

Выход усилителя 1 и выход усилителя 12 образуют мостовой источник питания образца 3. При этом два участка образца 3 между зондом 2 и электродами 9 и 11 составляют два плеча второй ветви моста, Для напряжений Ug и U11, возникающих на выходах усилителей 1 и 12, выполняется следующее соотношение:

Ug 1 2,9

011 R2,11

Где R29 и R2, 11 сопротивления участков образца 3 между зондом 2 и электродом 9 и зондом 2 и электродом 11 соответственно.

Напряжения Ug и U11 автоматически устанавливаются противоположной полярности по отношению к потенциалу зонда 2 образца 3 так, что напряжение на нем по отношению к общей шине близко к нулю. Величина суммы напряжений U9 и U11 поддерживается такой, чтобы она была пропорциональна величине напряжения на выходе ЦАП 13.

Таким образом, два источника напряжения образуют единый плавающий источник напряжения со средней точкой, жестко привязывающий потенциал зонда 2 к потенциалу общей шины.

Закон изменения индукции магнитног0 поля Bz задаются программой управляющей ЭВМ через блок 17 в виде цифрового кода, поступающего через шину l6 на вход

ЦАП 15, в котором код преобразуется в аналоговое напряжение, подаваемое затем на вход питания электромагнита 14.

Управление работой АУП 4, 5 измерителя 8 и ЦАП 13 и 15, а также считывание информации с выходов АЦП 4, 5 v. измерителя 8 также осуществляется через блок 17.

В качестве АЦП 4, 5 и измерителя 8 могут быть использованы универсальные цифровые вольтметры, например В7 — 42. в качестве ЦАП 13, 15 — приборы Ф7088, Обмен информацией через блок 17 и шину 16

1496463 может быть организован в стандарте КАMAK (внешняя шина), СЭВ 2740 — 80 или

ГОСТ 26-003 — 80, Измерения гальвэномагнитных эффектов производятся устройством автоматически по заданному алгоритму, Нэ верхнем графике фиг. 2 представлена циклограмма во времени магнитного поля Bz, на среднем — напряжения электропроводности 05 и тока 4, протекающего через образец 3, на нижнем — напряжения Холла UH, цифрами 1 — 6 отмечены временные точки — такты измерения напряжений Ug, 0- и тока I>;, где 0 — напряжение на поперечных холловских зондах 2, 6, являющееся суммой напряжения Холла и побочных напряжений, таких, как, например, напряжение асимметрии зондов 2, 6, термоЭДС, наflряжение Эттингсгаузена и т,д.

Процесс измерения гальваномагнитных эффектов осуществ, ется следующим образом.

Через блок 17 устанавливается заданное напря>кение (+О,) нг образце 3 посредством кодов, передаваемых на ЦАП 13, после чего считываются показания АЦП 4, 5 и измерителя 8, и записываются в регистратор 18, Затем, устанавливается заданное магнитное поле (Б ) посредством кодов, передаваемых на ЦАП 15, и вновь считываются показания приборов 4, 5, 8 и т.д, Весь процесс установки заданных напряжений и считывания выполняется в соответствии с циклограммой измерений, приведенной на фиг. 2, Автоматически обработанные на

ЭВМ, которую можно также подключить к блоку 17, результаты измерений и рассчитанные по заданной программе параметры электронного переноса (например, электропроводность, подви>кность, концентрация носителей заряда) оегистрируются в виде численных значений и графиков соответствующих зависимостей на регистраторе

18.

Предлагаемое устройство обеспечивает измерение указанных гэльваномагнитных эффектов и на образце с четырьмя контактами, в котором отсутствует зонд 7, При этом вносятся погрешности, обусловленные контактными сопротивлениями электродов 9 и 11. Устройство позволяет также измерять электропроводность и магниторезистивный эффект в образцах с двумя токовыми электродами.

В предлагаемом устройстве во-первых, исключаются погрешности, вызванные на5 водками при питании незаземленного источника напряжения от сети переменного тока, и погрешности, вызванные дрейфом напряжения и химическ гми выделениями химических источников напряжения. Во10 BTophlx, обеспечивается 3BTQMBT èзация процесса измерений благодаря автоматическому управлени:о величиной напряжения, подаваемого на образец, величиной поля, автоматическому сьему показаний.

15 Таким образом, и редг агаемое устройство является более точным и производитель ным.

Формула изобретения

Устройство для исследования галь-вано20 ма:-нитных эффектов в полупроводниках, содержащее источник магнитного поля, регистратор, измеритель тока, псрвый вход которого соединен с пергым токовым электродом, второй токовый электрод и два

25 зонда, первый из которых соединен с входомусилителя,отл и ча ю щееся тем, что, с целью повышения точности и производительности, оно снабжено третьим зондом, двумя усилителями и двумя

30 аналого-цифровыми преобразователями, двумя цифроаналоговыми преобразователями и блоком интерфейса, при этом блок интерфейса соединен шиной да.- ных с входами регистратора и обоих цифроаналого35 вых преобразователей и выходами обоих аналого-цифровых преобразователей и измерителя тока, выполненного в виде цифрового измерителя тока. первый вход второго усилителя соединеч с вторым токовым элек40 тродом и выходом 1ретьего усилителя, nepí»Ié вход которого соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, первый токовый электрод соединеч с вторым входом второго усилителя, выход ко45 торого соединен с вторым входом третьего усилителя, второй и третий зонды соединены с входами соответствующих аналогоцифровь,х преобразователей, выход второго цифроаналогового преобразовате50 ля соединен с входом электромагнита, а второй вход цифрового измерителя тока соединен с выходом первого усилителя.

1496463

6—

1 () 1 з

Составитель С.Шумилишская

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М,Демчик

Редактор О.Стенина

Заказ 4594 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул,Гагарина, 101