КОНДЕНСАТОР ЭФФЕКТА ПОЛЯ

Полезная модель относится к области электротехники.
Известно большое количество конденсаторов эффекта поля, все они, за редким исключением, представляют металлическую пластину, служащую в качестве одной из обкладок, затем идет слой диэлектрика и непосредственно исследуемый полупроводник одновременно служащий второй обкладкой конденсатора. Такой конденсатор позволяет делать загиб зон в приповерхностной области полупроводника. (В.Л. Бонч-Бруевич, С.Г. Калашников. Физика полупроводников. М., Наука, 1977, с 325; Б.И. Бедный. Электронные ловушки на поверхности полупроводников. Соросовский образовательный журнал, 1998, №7, с 114-121.).
К недостаткам такой конструкции можно отнести невозможность освещать полупроводник в месте загиба зон, так как металлическая пластина не пропускает свет.
Известны варианты конструкции состоящей из стягиваемых болтиками стеклянных или кварцевых пластин, на внутренние поверхности которых нанесены полупрозрачные электроды из слоя окиси олова с избытком олова, которые хорошо держатся на слюде, стекле или кварце, и при достаточно малом электрическом сопротивлении поглощают только 10-15% падающего света, изолирующих листочков слюды и зажатого между ними образца. При сборке измерительной системы весьма важным требованием является плоскопараллельность каждого из конденсаторов, образуемых поверхностью образца и внешним электродом, а также равенство их емкостей. (А.В. Ржанов. Электронные процессы на поверхности полупроводников. М., Наука, 1971, с 211.). Данный аналог принят в качестве прототипа.
К недостаткам такой конструкции можно отнести невозможность создавать загиб зон в приповерхностном слое полупроводника. Данный конденсатор, хотя и позволяет освещать полупроводник, создает наклон зон во всем внутреннем пространстве полупроводника, а не непосредственно только в приповерхностной области, т.к. образец по сути помещается в электрическое поле, а не служит в качестве одной из обкладок конденсатора.
Задача на решение которой направленно изобретение: снятие спектров (тонких структур) фотопроводимости при воздействии поперечного электрического поля с образцов полупроводниковых кристаллов малых и средних размеров.
2
2
Для решения поставленной задачи применяется конденсатор эффекта поля, включающий стеклянную пластину, на которую со стороны полупрозрачного проводящего слоя SnO приложена П-образная пластина таким образом, что отверстия в них совпадают, а медный слой располагается с противоположной от стеклянной пластины стороне, на П-образной пластине закреплены посредством пайки две наплавки, к ним посредством винтового соединения прикреплены держатели прижимных пластин, к держателям припаяны прижимные пластины, к каждой прижимной пластине припаивается металлический прижимной ус, в прижимную пластину ввинчиваются поворотные и прижимные винты, на стеклянной пластине в центре, со стороны полупрозрачного проводящего слоя SnO крепится с помощью клея тонкая слюдяная пластинка, имеющая размеры 1 см × 1 см.
Технический результат - снятие спектров (тонких структур) фотопроводимости при воздействии поперечного электрического поля с образцов полупроводниковых кристаллов малых и средних размеров.
2
На чертеже изображена полевая ячейка, состоящая из следующих элементов: стеклянная пластина (подложка) (1), полупрозрачный проводящий слой SnO (2), прижимной ус (3), прижимная пластина (4), прижимной винт (5), П-образная пластина (6), медная фольга (11), наплавки (7), слюдяная пленка (8), держатель прижимной пластины (9), поворотный винт (10), винт (12), шайба из полихлорвинила (13), гайка (14).
2
2
На стеклянную пластину (1) со стороны полупрозрачного проводящего слоя SnO (2) приложена П-образная пластина (6) таким образом, что отверстия в них совпадают, а медный слой располагается с противоположной от стеклянной пластины стороне. Стеклянная пластина и П-образная пластина закрепляются посредством винтовых соединений. Далее на П-образной пластине (6) закреплены посредством пайки две наплавки (7). К ним посредством винтового соединения прикреплены держатели прижимных пластин (9). К держателям припаяны прижимные пластины (4). К каждой прижимной пластине припаивается металлический прижимной ус (3). В прижимную пластину ввинчиваются поворотные (10) и прижимные (5) винты На стеклянной пластине (1), в центре, со стороны полупрозрачного проводящего слоя SnO (2) крепится с помощью клея тонкая слюдяная пластинка (8) толщина которой 0,05 мм, имеющая размеры 1 см × 1 см. Клей наносится по углам слюдяной пластинки.
П-образные пластины вырезаются из одностороннего стеклотекстолита. Сперва нарезались прямоугольные пластины со сторонами 3 на 3.5 см. Затем в них делался прямоугольный вырез. Далее происходило травление в растворе соляной или соляной кислоты те участки, где медный слой не должен быть протравлен, предварительно закрашивали нитрокраской. После травления нитрокраска удаляется.
Изготовление держателей прижимных пластин происходило следующим образом. Нарезались прямоугольные заготовки из латуни или меди со сторонами 5 на 20 мм и толщиной 1 мм. Они зажимаются в тисках и изгибаются. Сверлятся три отверстия под прижимной и поворотный винты и винт фиксации к наплавке. Далее в них нарезается резьба.
Наплавки изготавливались так: из латунных или медных полос толщиной 1 мм нарезались квадраты со стороной 7 мм, в них посередине сверлилось отверстие диаметром 1 мм, в нем нарезалась резьба под винт фиксации к наплавке.
Нарезание прижимных пластин производилось из тонких латунных полосок толщиной 1 мм. Размер пластин: 5 мм на 20 мм.
Для изготовления прижимных усов использовалась пружинная пластина, аналогичная используемым в стрелочных приборах. Далее она распрямлялись и нарезалась по 1 см. Их ширина 2 мм.
2
6
На противоположные стороны кристалла на одной плоскости нанести 2 омических контакта. Например, для кристаллов группы AB можно использовать эвтектику из In-Ga - пасты.
2
П
2
2
Исследуемый кристалл должен иметь форму пластинки с плоской поверхностью. Толщина кристалла от 0,01-0,1 мм, а его длина и ширина ограничены размером применяемой слюдяной пленки, которая прикрепляется к стеклянной пластинке полевой ячейки со стороны проводящего слоя SnO Например, в проводимых нами экспериментах применялись образцы с длиной и шириной примерно 4 × 1,5 мм при размерах слюдяной пленки около 8×8 мм соответственно. Толщина слюдяной пленки выбирается в соответствии с используемым в эксперименте полевым напряжением U. Исследуемый кристалл ложится на поверхность слюдяной пленки, предварительно закрепленной на стеклянной пластинке со стороны проводящего слоя, например, с помощью клея. Посредством поворота вокруг прижимных винтов, прижимной ус поворачивается так, чтобы располагаться по краям кристалла в области где нанесены омические контакты. Посредством зажима прижимным винтом образец прижимается к поверхности слюдяной пленке прижимными усами. К проводящему слою SnO полевой ячейки создается контакт с источником напряжения эффекта поля. При наличии потенциала (положительного или отрицательного) на полевом электроде конденсаторной ячейки (слой SnO), отделенного от исследуемого кристалла тонкой слюдяной пленкой, в приповерхностном слое полупроводника индуцируются обратный по знаку приповерхностный объемный заряд. Это способствует возникновению изгиба энергетических зон полупроводника вблизи поверхности. Знак и величина изгиба зон определяется знаком и величиной приложенного к полевому электроду потенциала. Кристалл освещается монохроматическим светом со стороны стеклянной пластины одновременно с этим происходит измерение его фотопроводимости в зависимости от частоты падающего на него света.
Полевая ячейка с образцом (кристаллом) устанавливается на оптическую скамью установки в криостат. Зондирующее излучение от монохроматора должно падать на образец с тыльной стороны полевой ячейки, т.е. проходить сквозь стеклянную пластинку и слюду. После этого в криостат заливается жидкий азот и производится измерение спектров краевой ФП при отсутствии полевого напряжения. После измерения исходного спектра на полевой электрод подается напряжение заданной полярности (положительное или отрицательное) и повторяется измерение спектра. Далее, выключается полевое напряжение и измеряется изменение величины ФП с течением времени на частоте одного из экситонных резонансов, наблюдаемых в области края поглощения полупроводника.