Закономерности развития винтовой неустойчивости в кремниевых осциллисторах

• Автор: Дробот, Павел Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 175 с.

1. Основные закономерности винтовой неустойчивости полупроводниковой плазмы

1.1. Введение

1.2 Общие принципы теоретического исследования винтовой неустойчивости

1.2.1. Плазма в прлупроводниках

1.2.2. Основные приближения теории винтовой неустойчивости

1.3. Винтовая неустойчивость на пороге возбуждения. Линейные свойства

1.3.1 ПВН. Приближение бесконечно длинного образца

1.3.1.1 ПВН в равновесной плазме

1.3.1.2 ПВН в инжектированной плазме

1.3.2 ОВН. Приближение бесконечно длинного образца

1.3.3 ОВН в образцах конечной длины

1.4. Винтовая неустойчивость при выходе за порог возбуждения. Нелинейные свойства
1.5. Экспериментальные исследования осциллисторного эффекта в кремнии
1.6. Практическое использование осциллистора
1.6.1. Полупроводниковые приборы различного назначения
1.6.2. Чувствительные элементы и датчики с частотным выходом - принцип действия, основные достоинства
1.6.3. Чувствительные элементы с частотным выходом на основе осциллистора
1.7. Выводы и постановка задачи
2. Технология изготовления образцов и методики исследования
2.1. Технология изготовления кремниевых п - 71 -//-структур
2.2 Методики исследования электрических характеристик п - п - //-структур

2.2.1. Методики измерения магнитной индукции. Источники магнитного поля
2.2.2. Методики измерения температуры. Термостатирующее оборудование
2.2.3. Методика измерений вольт-амперных характеристик
2.2.4. Методики измерения времени жизни избыточных носителей заряда в л-области п+ -п- /Г-структур
2.2.5. Методики измерения пороговых и надпороговых характеристик винтовой неустойчивости полупроводниковой плазмы в осциллисторах
2.2.6. Оценка погрешностей измерения
3. Механизмы переноса заряда в кремниевых п -п - /^-структурах
3.1. Результаты эксперимента
3.2. Температурная зависимость равновесных удельной проводимости, концентрации носителей заряда и уровня Ферми
3.3. Механизм переноса заряда в образцах с > 0.145 см
3.4. Механизм переноса заряда для образцов с <і,< 0.085см
3.5 Выводы
4. Пороговые и надпороговые характеристики винтовой неустойчивости полупроводниковой плазмы в кремниевых осциллисторах
4.1. Зависимости напряженности порогового электрического поля, порогового тока и мощности от магнитной индукции, температуры и длины л-области
4.1.1. Зависимость пороговых напряжения, напряженности электрического поля, силы тока и мощности от магнитной индукции и температуры
4.1.1.1 Результаты эксперимента
4.1.1.2 Обсуждение экспериментальных данных
4.1.2. Относительный градиент концентрации носителей заряда
4.1.3. Зависимость пороговых параметров от длины осциллистора

4.2. Пороговая частота винтовой неустойчивости полупроводниковой плазмы в кремниевых осциллисторах
4.2.1. Результаты эксперимента
4.2.2. Зависимость пороговой частоты от напряженности порогового электрического поля и магнитной индукции
4.2.3. Температурная зависимость пороговой частоты
4.2.4. Зависимость пороговой частоты от длины осциллистора
4.3. Характеристики винтовой неустойчивости полупроводниковой плазмы при выходе за порог возбуждения
4.3.1 Зависимости амплитуды и частоты колебаний тока и потенциала на гранях образцов от напряженности электрического поля при В = const
4.3.2 Влияние температуры на зависимости амплитуды и частоты колебаний тока от напряженности электрического поля
4.3.3 Зависимости амплитуды и частоты колебаний тока и сопротивления' л - области от магнитной индукции при /= const или Ш = const
4.3.4 Влияние температуры на зависимости амплитуды и частоты колебаний тока и сопротивления я - области от магнитной индукции
4.3.5 Обсуждение результатов
4.3.5.1 Температурная зависимость амплитуды переменного тока
4.3.5.2 Зависимость амплитуды колебаний тока от длины образца dz
4.3.5.3 Зависимость частоты колебаний тока от напряженности электрического поля и температуры
4.3.5.4 Зависимость сопротивления п - области от магнитной индукции
4.4. Выводы
5. Приборы на основе кремниевых осциллисторов
5.1. Магниточувствительный элемент с частотным выходом
5.2. Термочувствительный элемент с частотным выходом

контактов, расположенных вблизи одного из торцов образца, торцевые контакты были омические. Вход в зону возбуждения ВН проводился изменением магнитной индукции в диапазоне (0.1н-0.5) Тл, условие слабого магнитного поля выполнялось [73].
Как при сжатии, так и при растяжении образцов по мере перераспределения и за счет возникновения амбиполярного сноса пороговые значения Ш и частоты колебаний возрастают (частота растет за счет соответствующей поправки к частоте колебаний ю0 = кхЪ ). Показано, что частота растет с давлением по линейному закону. В отстутствие деформации и в слабом (негреющем) поле наблюдается обычная пороговая зависимость Впос<г’, но в греющем электрическом поле зависимость Вп(Щ проходит через минимум и далее Вп возрастает с ростом греющего поля [74]. При этом частота растет по нелинейному закону, так как зависимость юа(&) нелинейна (соа ~ '62), в следствии того, что ро ос ®, если значение £ не слишком большое.
Таким образом, влияние междолинного перераспределения электронов в кремнии сводится к возникновению амбиполярного сноса в плазме с анизотропной подвижностью (анизотропный снос). Если направления деформации и электрического поля выбраны так, что междолинного перераспределения не происходит, то основные характеристики колебаний не меняются [19]. Поэтому, если осциллистор изготавливается из неориентированных кристаллов кремния, то описанные выше эффекты, связанные с междудолинным перераспределением, не наблюдаются.
Экспериментальные результаты хорошо согласуются с расчетами, выполненными в рамках так называемой двухдолинной модели [73] для поверхностного осцил-листора. Из этого направления в исследовании кремниевых осциллисторов возникают новые возможности как для прикладных разработок (создание новых методов тензометрии [21]), так и создание новых методик исследования зонной структуры полупроводников.
Впервые при комнатной температуре ВН в кремнии была исследована в работе [28]. Образцы должны были удовлетворять так называемой модели полупространства [54] и представляли собой толстые пластины, в частности, один из образцов имел размеры 14.2x14.6x3.9 мм. Применительно к таким образцам термин «винтовая» неустойчивость не совсем корректен, так как в пластинах реализуется плоская волна,