Luận án phó tiến sĩ vật lý học nghiên cứu xây dựng hệ đo tự động các đại lượng p

¬ cị ~ nm TRUONG PAI HOC TONG HOP HA NOI PHAM @UGC TRIfU NHIIÊN (ÚU XAY DUNG HỆ DO TY DONG CAC ĐẠI LUQNG PH) THIN NIIỆT ĐỘ TRONS VAT LY cu RÍN VA Che Dynes Luận ấn Phố Tiến si Khoa học Toán Lý Chuyên ngành : Vật lý Bán dấn và Điện môi Mã số : 4 O2 12 a 7 Co van Khoa học : {. Đàm Trung Đồn 2. Lê Khắc Binh % L BArHGc GUE SIA nà vột | dines _.Haar | len: _ | Ve Jt ar MmuUc LUC Trang MO DAU 4 CHUONG 1- VAI NET VỀ HAI ĐẠI LUONG PHU THUỘC NHIỆT ĐỘ DUOC QUAN TAM TRONG NGHIÊN CỨU VAT LÝ CHAT RAN 9 {A- DO cam từ 9 {B- Phổ quá độ các mức sâu trong ban dan 12 §1-Vai trò của tâm sâu trong bán dẫn is §2-Qua trình động học trên các mic sâu 13 §3-Cơ sở lý thuyết của phương pháp Phổ quá độ các tâm sâu (DLTS) 14 3a- Phương pháp điện dung quá độ 1% 3b- Phương pháp dong qua độ 16 CHUONG 2- HỆ DO ĐỘ CAM TỪ PHU THUỘC NHIỆT ĐỘ VÀ AP DUNG NGHIÊN CỨU GUÁ TRÌNH CHUYỂN PHA SIÊU DAN 19 2A- Hệ do tự động Kiểu một biến SM9O 19 §1-Nguyén lý do 20 §2-So đồ các khối chức năng 20 $3-khối phần mềm 27 $4-Chm4n và hiệu chỉnh hệ a8 2B- Ứng dung hệ do trong nghiên cứu a9 CHƯƠNG 3- HỆ DO ĐIỆN DUNG VA DONG QUA ĐỘ THEO NHIỆT ĐỘ VÀ AP DỤNG NGHIÊN CỨU TÂM SÂU TRONG CHAT BAN DAN 34 $1-Anh hưởng của chiếu xạ trên một số linh kiện bán dẫn 37 1.2- Nhận định chung 2O §2-Xây dung hệ đo DLTS ding điện dung theo kỸ thuật Boxcar kép 42 2. 1-Nguyên tắc do 42 e.e-sơ đồ các Khối chức năng 49 2.

3-Chuẩn và hiệu chỉnh hệ - 2.4-Ung dung §3-Xây đựng hệ do DLTS ding dong theo KỸ thuật TSDB A-B 68 3. 2-So đồ các Khối chức năng 69 3. 3-Chuẩn và hiệu chỉnh hệ ra 3. 4-Ứng dung §4-Phổ DLTS điện dung trên mẫu Si chiếu xạ điện tử 78 4, 1-Mau và thiết bị do 73 4, 2-Két.

quả thực nghiệm T4 4, 3-Thảo luận kết quả 75 CHƯƠNG 4- NHỮNG VẤN ĐỂ VỀ TỔ CHỨC HỆ TỰ ĐỘNG KIỂU HAI BIẾN NGHIÊN CỨU TÂM SÂU BANG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN DUNG DLTS 79 4A- Khai thác các thông số của tâm sâu từ số liệu thu nhận trên hệ tự động hai biến dang C(t, T). 719 $1-Nguyén lý của hệ tự động hai biến dang C(t, T). r9 $2-Phương pháp tách phổ trên hệ do hai biến 81 $3-Phương pháp Lang trên hệ do hai biến 82 $4-Phương pháp Dịch cửa trên hệ do hai biến 4B- Hệ do tự dộng hai biến CT92. 86 $i-Các khối chức năng 86 $2-Khối phẩn mềm 89 $3-Chuẩn và hiệu chỉnh hệ 90 $4-Két quả thực nghiệm 95 4c- Một số nhận xét và để nghị cải tiến hệ do CT92 98 $1-vé cẩu điện dung Boonton 72B 98 $2-Về khối xử lý điện tử 102 KẾT LUẬN 106 Tai liệu tham Khảo tiếng Việt 109 Tài liệu tham Khảo tiếng Nga 112 Tài liệu tham Khảo tiếng Anh 115 a AN MO’ DAU Nói chung, trong các hệ do Vật lý, đại lượng cẩn do thường pm thuộc vào nhiều thông số.

Có thể biểu điển tương quan giỗa chúng dưới dang ham: Fs F(«® ÿY,Z.) | Trong đố: F là đại lượng cần do X,Y,Z. là các thông số ảnh hưởng Trong nhiểu trường hợp, các thông số lại có sự phu thuộc lần nhau nmi x = x(Y), Y= Y(Z), Z = Z(%). Nhiệm vụ cua phương pháp do nói chung cũng như hệ do nói riêng là xử lý các quan hệ đố và cuối cùng đưa ra những đại lượng có thé đo được (điện áp, dòng điện, tần số.) dưới dạng: F = F(x) | lv, Z. = const Trong nhiéu các thông số ảnh hướng, nhiệt độ là một thông số được các nhà vật lý chất răn rất quan tâm Nhiệt độ làm anh hưởng mạnh đến nồng độ hạt tai trong vật liệu bán dân điện.

Các đại lượng như độ dân điện của vật liệu, độ linh động - đại lượng phản ánh cơ chế tán xa của các hạt tải điện trong bán dfn - đểu ptm thuộc vào nhiệt độ. Sự thay đổi nhiệt độ đến một giá trị Ty nào đố sẽ làm phá vỡ trật tự từ của cấc vật liệu thuận từ Nhiệt độ đó gọi là nhiệt độ Curie. Đối với các vật liệu siêu dẫn, Khi nhiệt độ được hạ thấp đến một giá trị tới han TỰ nào đó thì xuất hiện hiện tượng điện trở Không ( R=O ) và vật liệu chuyến sang chất nghịch từ. Tuy hai dai lượng này thể hiện hai -4- A re ` rl » v ? n 2 A nhung trang thái độc lập với nhau và có các đặc trưng co ban riéng chúng đều được quan tâm trong nghiên cứu vung chuyển pha siểu dân.

Đối P A Z ` n oe z với Kim loại , nhi ệt độ ảnh hưở ng đến chu yển độn g nhi ệt của mạn g tin h ? ` ` Xj a A thể và do vậy anh hưởng tới điện trở suất toàn phan cua vật liệu. độ ^ kì vị z x Nhiệt độ là tác nhân và hệ quả trong các hiệu ứng rhiệt điện như Zeebeck, Peltier - các hiệu ting có nhiều ting đụng trong thực tế. ron - Doi với cac linh Kiện ban HỆ z dần sử dung chuyển tiếp PN, nhiệt độ làm ảnh hưởng đến dòng đò, đòng tỉnh và d4n đến 14m thay đổi các a x a ⁄ A L9 x L4 a x x thông số như trở kháng, công suất, tần số, hệ số Khuyếch dai. Quá trình bắt và phát xạ các hạt tải điện trên các mức sâu cũng là một đại lượng phụ thuộc nhiệt độc Do quá trinh này mà các đại lượng có liên quan như điện dung, dòng quá độ tại lớp chỉnh lưu chứa các mức sâu cũng pm thuộc nhiệt độ.

Thông số nhiệt độ ảnh hưởng đến rất nhiều đại lượng vật lý, song tựu trung lại, các đại lượng đố thường pưạ thuộc nhiệt độ theo hai dang chính như sau x Dạng phụ thuộc đơn điệu : S = S(T). Dang này thường gặp trong các nghiên cứu về độ dân điện, độ linh động, điện trở suất, độ cảm từ. x Dạng phụ thuộc song hành với thời gian : 8 = S(t,T). Dạng này thường gặp trong các nghiên cứu phổ quá độ.

Phép đo đại lượng thuộc dạng thứ nhất được gọi là phếp do pm thuộc một biến số; phép do đại lượng thuộc dang thứ hai được gọi là phép đo phụ thuộc hai biến số (gọi tắt là : kiểu 1 biến, kiểu 2 biến). -5- Trong ban luận văn này, chúng tôi trình bẩy về các hệ đo hai đại lượng phụ thuộc nhiệt độ được quan tâm trong nghiên cứu vật lý chất nhiệt độ cao và phổ quá độ dẩnêu răn, đó là độ cảm từ của các mẫu si DLTS trong nghiên cứu vật lý tâm sâu Hai đại lượng này Không rhững đại diện cho hai Kiểu phy thuộc nhiệt độ nói trên mà còn có ý nghĩa thiết thực, thời sự trong quá trình nghiên cứu hiện nay. Từ cuối năm 1986, công bố của G. Bednorz tìm ra chất siêu dẩn có nhiệt độ chuyển pha 35 K và sau dé công bố của P.Cm với vật liệu có Tc=90 K gây nên một chấn động, một cuộc chạy đua rẩm rộ giữa các nhà vật lý siêu dfn.

Kỷ lục về Tc liên tiếp xuất hiện và bị phá vỡ : 105 K, 123 K, rổi sau đố 125 K. Đến đầu năm 1994, có tác giả cho là đã có rhững đấu hiệu của Tc tới 160 K và 28O K Một đặc trưng co ban của các chất siêu dfn đố là hiệu ứng Meissner(1933) : ở T < Tc các đường cảm ứng từ bị đẩy ra ngoài, nghĩa là từ trường không xâm rhập vào trong trang thái siêu dẫn, Các đặc trưng điện trở không và hiệu Ứng Meissner được coi rhư bằng chứng cho một chất trở thành siêu đẩn. vi vậy mà hệ đo các đặc trưng này là rất cấp thiết đối với các rhà vật lý và công nghệ. Bên cạnh đó, trào lưu nghiên cứu về sai hỏng do tâm sâu trong các vật liệu bán dẫn điện vừa mang tính truyển thống vừa có tính thời sự.

Vai trò của các tâm sâu sinh ra trong quá trình chế tạo hay chiếu xạ trên các vật liệu bán dân đã được quan tâm và nghiên cứu từ lâu [59]. Tuy nhiên, đến 1974, từ Khi công trình của D.Lang được công bố [65], việc nghiên cứu tâm sâu bằng phương pháp DLTS (Deep Level. 2 Bè, x để reac Transient Spectroscopy) trở nên phd biến và rất có hiệu quả: -§- ‘Nhiéu phòng thí nghiệm vật lý bán dẫn trên thế giới đã xây dung hệ đo DLTS và nghiên cứu các thông số của tâm sâu theo KỸ thuật này. Ở Việt nam, từ năm 1980, để tài " Nghiên cứu sai hong điểm trong bán dfn Silic" được đắt trong Chương trinh Nhà rước 48-04 là một để tài nghiên cứu cơ bản định hướng nhằm giải quyết các vấn để sẽ gap phai Khi chúng ta triển Khai các công nghệ chế tạo vật liệu Silic cao cấp và chế tạo các linh Kiện phẩm chất cao.

Với sự hoạt động của lò phản ứng hạt nhân Đà lạt, máy cấy ion của Z1ôi, việc nghiên cứu sai hong điểm đã được đẩy mạnh [2,10]. Đến nay việc nghiên cứu tâm sâu vấn tiếp tục được quan tâm thể hiện qua để tài thuộc chương trình nhà nước KT-O4-339 và để tài cấp bộ B91-05-27 do Khoa Vật lý Trường Đại học Tổng hợp Hà nội đảm rhận. Trong hoàn cảnh đất nước còn nhiéu Khó Khăn, để thực hiện những nhiệm vụ trên mục tiêu ban đẩu hết sức cấp thiết là xây đựng các hệ đo DLTS bằng các vật tư có sẵn trong nước. Các hệ tự thiết kế đó phải bao dam được những yêu cẩkỹ u thuật rửm độ nhạy, độ chính xác.

cần thiết cho một hệ đo phé. Hơn nữa , yêu cầu ứng dung các thành: quả của ngành tin học vào quá trinh thực nghiệm ngày nay đặt ra nhiệm vụ cho các hệ đo là phải được tự động hoá. Nhờ ưu điểm của tự động hoá mà hệ sé cho phếp mở rộng phân tích Kết quả theo rhiểu cách Khác nhau [5]. Trên cơ sở này có thể so sánh lựa chọn hệ do pi hợp với từng yêu cầu cụ thể, nhằm đạt hiệu quả cao rhất trong quá trình nghiên cứu.