1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2018-23-1-5-1453.083.91Фундаментальные исследованияMeasurement of Effective Masses of Electric Conductivity and Density of States by No-Contact Microwave-Frequency MethodsИзмерение эффективных масс электропроводности и плотности состояний бесконтактными сверхвысокочастотными методамиУсанов Дмитрий Александрович УсановДмитрий Александрович AleksandrovichUsanov DmitriyUsanov Dmitriy AleksandrovichПостельга Александр Эдуардович ПостельгаАлександр Эдуардович EduardovichPostelga AleksandrPostelga Aleksandr EduardovichГуров Кирилл Александрович ГуровКирилл Александрович AleksandrovichGurov KirillGurov Kirill AleksandrovichСаратовский национальный исследовательский государственный уни-верситет им. Н.Г. Чернышевского, г. Саратов, РоссияСаратовский государственный университет им. Н.Г. ЧернышевскогоСаратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, г. Саратов, Россия514http://ivuz-e.ru/issues/1-_2018/izmerenie_effektivnykh_mass_elektroprovodnosti_i_plotnosti_sostoyaniy_beskontaktnymi_sverkhvysokocha/http://ivuz-e.ru/download/1_2018_2125.pdf

For studying the semiconductor zone structure, the simulation of the conductivity processes and development of real semiconductor devices the knowledge of the effective mass of quasi-particles is necessary. Therefore, the problem of determining the effective mass of the carriers in a specific sample remains to be urgent. On an example of silicon the possibility of determining the effective mass of conductivity and density of states, using the measured spectrum of microwave reflection, has been shown as the set of the information parameters. To implement this, the solution of the corresponding inverse problem has been carried out, consisting in finding the conditions of minimum of the difference of the squares of the values, corresponding to known theoretical and measured experimental spectral dependencies. The calculation and the experiment have been carried out for a range of temperatures, in which the greatest accuracy of the measurements (130-190) had been ensured. For silicon p -type (Ga doped) and n -type (Sb doped) obtained values for the desired effective mass are in good agreement with the values given in literature.

Для изучения зонной структуры полупроводника, моделирования процессов проводимости и разработки реальных полупроводниковых приборов необходимо знание эффективной массы квазичастиц. Поэтому задача по определению эффективной массы носителей в конкретном образце остается актуальной. На примере кремния показана возможность определения эффективных масс электропроводности и плотности состояний по измеренному спектру СВЧ-отражения в качестве совокупности информационных параметров. Решена обратная задача, состоящая в нахождении условий минимума разности квадратов значений, соответствующих известным теоретической и измеренной экспериментально спектральным зависимостям. Расчет и эксперимент проведены для интервала температур 130-190 К, в котором обеспечивалась наибольшая точность измерений. Для кремния p -типа, легированного Ga, и кремния n -типа, легированного Sb, получены значения искомых эффективных масс, хорошо совпадающие со значениями, приведенными в литературе. Предложенный бесконтактный метод позволяет одновременно определять эффективные массы электропроводности и плотности состояний носителей заряда с использованием стандартной аппаратуры. Метод может быть использован для измерения параметров полупроводников других типов, в том числе малоисследованных.

полупроводникэлектропроводностьэффективная масса электропроводностиэффективная масса плотности состоянийметод наименьших квадратовсверхвысокочастотное излучение Белова И.М., Белов А.Г., Каневский В.Е., Лысенко А.П. Определение концентра-ции свободных электронов в n-InSb по спектрам отражения в дальней инфракрасной об-ласти с учетом плазмон-фононного взаимодействия // Изв. вузов. Электроника. – 2017. – Т.22. – № 3. – С. 201–210.Мадьяров В.Р. Измерение параметров электронного переноса в полупроводниках с помощью эффекта Фарадея в миллиметровом диапазоне // Труды БГТУ. – 2016. – № 6. – С.101–105.Усанов Д.А., Постельга А.Э. Определение толщины, электропроводности и энер-гии активации примеси полупроводниковых слоев по спектру отражения СВЧ-излучения // Дефектоскопия. – 2014. – № 5. – С. 60–68.Moss T.S., Burrell G.J., Ellis B. Semiconductor opto-electronics. – Butterworth&Co; (Publishers) Ltd, 1973. – 441 с.Гершензон Е.М. Циклотронный резонанс в полупроводниках // Соросовский обра-зовательный журнал. – 2000. – Т. 6. – № 10. – С. 87–94.Фистуль В.И. Введение в физику полупроводников. – 2–е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1984.– 352 с.Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С. Измерения толщины нанометровых слоев металла и электропроводности полупроводника в структурах металл–полупроводник по спектрам отражения и прохождения электромагнитного излучения // Журнал технической физики. – 2006. – Т. 76. – Вып. 5. – С. 112–117.Усанов Д.А., Постельга А.Э., Алтынбаев С.В. Определение параметров магнитной жидкости по температурной зависимости сверхвысокочастотного спектра отражения // Журнал технической физики. – 2013. – Т. 83. – Вып. 11. – С. 30–33.Усанов Д.А., Постельга А.Э., Гуров К.А. Способ определения толщины, электро-проводности эффективной массы, коэффициентов рассеяния носителей заряда, концен-трации и энергии активации легирующей примеси полупроводникового слоя // Патент России № 2619802. 2017. Бюл. № 14.Шупенев А.Е., Григорьянц А.Г. Термоэлектрический измеритель электрических параметров термоэлектрических пленок // Патент России № 167784. 2017. Бюл. № 1.Ильинская Л.С., Подмарьков А.Н. Полупроводниковые тензодатчики. – М. – Л.: Энергия, 1966. – 120 с.Скворцов А.А., Литвиненко О.В., Орлов А.М. Определение констант деформаци-онного потенциала n–Si, p–Si по концентрационному ангармонизму // Физика и техника полупроводников. – 2003. – Т. 37. – №1. – С.17–21.Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. Электронные свойства легированных полупровод-ников. – М.: Наука, главная редакция физико–математической литературы, 1979. – 358 с.Усанов Д.А., Постельга А.Э. Способ определения электропроводности и энергии активации примесных центров полупроводниковых слоев // Патент России № 2516238. 2014. Бюл. № 14.Бонч-Бруевич В.Л., Калашников К.Г. Физика полупроводников. – М.: Наука, 1977. – 672 с.