Исследование возможности повышения чувствительности метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна

Поздняков, Валерий Александрович

Исследование возможности повышения чувствительности метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Поздняков, Валерий Александрович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Саратов МЕСТО ЗАЩИТЫ

2004 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование возможности повышения чувствительности метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна»

Автореферат диссертации на тему "Исследование возможности повышения чувствительности метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна"

На правах рукописи

ПОЗДНЯКОВ ВАЛЕРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МЕТОДА СВЧ-МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЯ К ИЗМЕНЕНИЮ ПОДВИЖНОСТИ ЭЛЕКТРОНОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНХРОНИЗИРОВАННОГО С ВЧ - ГЕН ЕРАТО РА НА ДИОДЕ ГАННА

01.04.03 — Радиофизика

05.27.01 — Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

САРАТОВ —2004

Работа выполнена на кафедре физики твердого тела Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского

Научные руководители: заслуженный деятель науки

Российской Федерации, доктор физико-математических наук, профессор Усанов Д.А.

доктор физико-математических наук, профессор Скрипаль А.В.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки

Российской Федерации, доктор физико-математических наук, профессор Байбурин В.Б. кандидат физико-математических наук, Веселов А Г.

Ведущая организация: ЗАО «НПЦ «Алмаз-Фазотрон»

Защита диссертации состоится 01 июля 2004 года в 18 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.243.01 по специальностям 01.04.03 — Радиофизика и 05.27.01 — Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и паноэлектроника, приборы на квантовых эффектах в Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СГУ. Автореферат разослан 31 мая 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.243.01

В. М. Аникин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Эффективность производства существующих и успешное создание новых полупроводниковых приборов во многом зависит от уровня развития методов измерений электрофизических параметров полупроводниковых материалов. Чаще всего при измерениях применяются контактные методы, т. е. полупроводники измеряют на постоянном или низкочастотном токе. Измерения такими методами производятся при наличии контакта зонда с образцом. Зачастую это приводит к разрушению исследуемого материала. Также при использовании таких методов могут возникать характерные для них нежелательные явления, например, связанная с контактом инжекция носителей заряда в материал, контактная разность потенциалов, возникновение термоЭДС, которые приводят к трудноустранимым погрешностям при измерениях, причем влияние этих эффектов может изменяться в зависимости от температуры, что создает трудности при проведении измерений в широком интервале температур. С помощью зондовых методов затруднительно также исследовать образцы малой площади с произвольной геометрией.

Достоинством бесконтактных методов, к которым, помимо прочих, относятся СВЧ-методы, является возможность проводить измерения, не разрушая материал и не изменяя его свойства. СВЧ-методы основаны на поглощении электромагнитной энергии свободными носителями заряда, на инерционности носителей в СВЧ-поле, на повороте плоскости поляризации волны при искривлении траектории движения свободных носителей заряда, на резонансном поглощении электромагнитной энергии и других специфических эффектах в полупроводниках на СВЧ. Поскольку изменения коэффициента отражения и передачи, добротности и собственной частоты резонатора, обусловленные внесенным образцом, зависят от параметров этого образца, то эту связь можно использовать для их определения. Преимуществом СВЧ-измерений является возможность проводить на одном образце определение нескольких параметров, измерение которых контактными методами требует создания различных установок и использования разных образцов. При отсутствии контакта появляется возможность вынесения измерительных приборов за пределы области температурного воздействия на полупроводник и, как следствие, измерения свойств полупроводников в широком интервале температур. При использовании СВЧ для измерений становится возможным изучение зависимости тех или иных параметров от частоты. Бесконтактность методов открывает новые возможности для изучения анизотропных эффектов. Из-за возможности приложения сильных электрических полей без использования контактов СВЧ-методы могут быть применены для изучения кинетики разогрева носителей в электрическом поле, так как бесконтактность исключает инжекцию. С помощью данных методов возможно проводить экспрессные измерения, измерение и отбраковку полупроводниковых заготовок для приборов, контроль параметров при термообработке. Измерения с помощью СВЧ очень важны для определения параметров пленочных структур, из-за того, что СВЧ-методы исследования пленок позволяют проводить разносторонние измерения без разрушения пленки, что дает возможность использовать прошедшие измерения образцы для производства приборов.

I •'«С. НАЦИОНАЛЬНА«! I БИБЛИОТЕКА |

Следует отметить, что СВЧ-методы являются оптимальными при использовании исследуемых материалов и структур в приборах полупроводниковой СВЧ-элсктроники, поскольку исследования с помощью зондовых методов могут давать недостаточно информации для конструирования СВЧ-устройств с заданными характеристиками. Преимущества полупроводниковых СВЧ-приборов по сравнению с их вакуумными аналогами придают актуальность разработке новых методов определения параметров полупроводников.

Наиболее распространенными методами являются волноводные и резона-торные. При использовании волноводных методов рассматривается взаимодействие СВЧ-волны, распространяющейся в волноводе с помещенным в него образцом, и измеряются интенсивность прошедшей и отраженной волн. При измерениях резонаторными методами схема настраивается в резонанс изменением размеров электродинамической системы или частоты генератора. Эти методы основаны на поглощении электромагнитной энергии свободными носителями заряда и изменении эквивалентных размеров резонатора при помещении в него полупроводника. По результатам измерений изменения характеристик резонатора могут быть определены диэлектрическая проницаемость и проводимость материала, изменение проводимости, вызванное наложением магнитного поля, освещением образца и т. д. Если зависимость между изменением проводимости и поглощением в образце является линейной, то можно найти величину времени установления неравновесных процессов в полупроводниках, таких как объемное время жизни неосновных носителей и скорость поверхностной рекомбинации.

Одним из методов, основанных на эффекте поглощения электромагнитной энергии, является метод СВЧ-магнитосопротивления, суть которого заключается в определении подвижности свободных носителей заряда по изменению в магнитном поле величины мощности, проходящей через волновод, содержащий полупроводниковую эпитаксиальную структуру.

В настоящей работе исследовалась возможность повышения чувствительности СВЧ-метода измерения подвижности свободных носителей заряда при использовании режима вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и сигнала от синхронизированного генератора на диоде Ганна. Использование явления синхронизации позволяет изменять разность фаз между выходным сигналом автогенератора и синхросигналом, регулируя частоту синхросигнала, и таким образом добиваться в схемах сравнения заданной величины мощности выходного сигнала на общей нагрузке или, в случае почти полного гашения сигнала, резко повысить фазовую чувствительность схемы сравнения.

Цель диссертационной работы:

экспериментальное и теоретическое обоснование возможности повышения чувствительности метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• разработка модели полупроводникового синхронизированного СВЧ-генератора, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала синхронизированного генератора;

• разработка теоретических основ повышения чувствительности метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводни-

ковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала.

• компьютерное моделирование метода измерения подвижности свободных носителей с использованием синхронизированного СВЧ-генератора;

• экспериментальная реализация метода и схемы измерений подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна.

Научная новизна:.

• разработаны теоретические основы повышения чувствительности метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах и схема измерений с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала;

• проведено компьютерное моделирование метода измерений подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна;

• экспериментально реализован метод измерения подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых эпитаксиальных структурах с использованием схемы измерений на основе синхронизированного СВЧ-генератора.

Достоверность полученных теоретических результатов обеспечивается строгостью используемых математических моделей, корректностью упрощающих допущений, сходимостью вычислительных процессов к искомым решениям, выполнимостью предельных переходов к известным решениям, соответствием результатов расчета эксперименту. Достоверность экспериментальных результатов обеспечена применением стандартной измерительной аппаратуры, обработкой экспериментальных данных с использованием стандартных методов.

Практическая значимость работы

• обоснована теоретически и реализована экспериментально схема измерений подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах методом СВЧ-магнитосопротивлепия с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала;

• проведен сравнительный анализ погрешностей косвенных измерений подвижности с использованием выражения для методической погрешности косвенных измерений по заданным характеристикам аппаратурных погрешностей измерений мощности СВЧ-сигнала и величины индукции магнитного поля в обычно используемой и в исследуемой схеме измерений, с помощью которой реализуется режим вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала синхронизированного автогенератора;

• измерена подвижность свободных носителей заряда в эпитаксиальных структурах из ОаА с помощью схемы измерений, использующей режим вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала синхронизированного автогенератора.

Основные положения, выносимые на защиту: 1. Использование метода измерений на основе синхронизированного генератора

на диоде Ганна, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов:

синхросигнала и выходного сигнала, позволяет повысить чувствительность

метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах.

2. Величина подвижности свободных носителей заряда в эпитаксиальных полупроводниковых структурах при использовании метода измерений на основе синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна может быть определена по измеренным значениям мощностей СВЧ-сигналов, поступающих в нагрузку при наличии магнитного поля и без него, на частоте, соответствующей минимуму мощносшо-частотной характеристики в полосе синхронизации.

3. Воздействие магнитного поля на полупроводниковую эпитаксиальную структуру в методе измерений подвижности свободных носителей заряда на основе эффекта СВЧ-маппггосопротивления с использованием синхронизированного генератора приводит к изменению положения минимума на мощностно-частотной характеристике в полосе синхронизации в режиме вычитания когерентных сигналов на общей нагрузке.

4. В методе измерений, в котором реализуется режим вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала синхронизированного генератора на диоде Ганна, на порядок и более, увеличивается разность мощностей СВЧ-сигналов, поступающих в нагрузку при воздействии магнитного поля на полупроводниковую эпитаксиальную структуру в волноводе и без него.

5. Изменение мощности выходного СВЧ-сигнала при изменении толщины и электропроводности эпитаксиального слоя внесенной в волноводный тракт полупроводниковой структуры может быть увеличено на два порядка и более, при использовании синхронизированного генератора на диоде Ганна, работающего в схеме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены на: XV International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications MIKON-2004, Poland, Warszawa, May 17-19,2004;

Всероссийской научно-техннической конференции «Актуальные проблемы радиоэлектроники». Самара, 30 июня 2003 г.Самарский государственный аэрокосмический университет им. СП. Королева;

II Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». Самара, 7—13 сентября 2003 г. Самарский государственный университет. Самара;

13-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2003). Севастополь, 8—12 сентября 2003 г.; Четвертой Международной научно-технической конференции «Микроэлектронные преобразователи и приборы на их основе» (МЭПП-2003 Баку-Сумгаит). Баку-Сумгаит 16-18 декабря 2003 г.;

Восьмой Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники». Дивноморское, Россия, 14-19 сентября 2002 г.;

Всероссийской научно-технической дистанционной конференция «Электроника». Зеленоград, 19—30 ноября 2001 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.

Личный вклад автора выразился в участии в проведении всего объема экспериментальных работ, в создании теоретических моделей, описывающих результаты экспериментов, проведении компьютерного моделирования и анализе полученных результатов.

Структура и объем диссертации;

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы. В работе содержится 120 страниц, 35 рисунков и список литературы из 119 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность выбранной- темы диссертации, сформулирована цель работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, описана структура и объем работы.

В первом разделе проведен критический анализ современных исследований характеристик полупроводниковых структур на сверхвысоких частотах.

Во втором разделе представлены результаты теоретического анализа метода измерения подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора.

Подвижность свободных носителей заряда в методе СВЧ-магнитосопротив-ления определяется по изменению в магнитном поле В величины мощности, проходящей через волновод, содержащий полупроводниковую эпитаксиальную структуру. Рассмотрим волноводный метод измерения подвижности носителей заряда в полупроводниковых структурах. Пусть в прямоугольном металлическом волноводе, содержащем в .Е-плоскости в центре поперечного сечения эпитаксиальную полупроводниковую структуру (рис. 1), распространяется волна основного типа ■ Эпитаксиальная структура толщиной í состоит из эпитакси-ального слоя толщиной с электропроводностью и подложки толщиной с электропроводностью <72. В случае, если толщина эпитаксиальной структуры много меньше размера широкой стенки волновода ¡«а, то для вывода выражения для постоянной распространения волны в таком волноводе можно использовать теорию возмущений. В первом приближении теории возмущений для постоянной распространения волны можно записать выражение

Г = Гю,о+Ги>л (1), где постоянная распространения волны в пустом волноводе, - фазовая постоянная волны в пустом волноводе, - поправка к постоянной распространения Уюр. Если параметры эпитаксиальной структуры удовлетворяют соотношениям: то выражение для первой поправки к постоян-

/71

ной распространения волны имеет вид

Уюл ~

Ую,оа

(\ + М2В2У £0

сое.

^Ей_.

(2),

где - диэлектрическая постоянная решетки полупроводника, - частота СВЧ-волны, - скорость света в вакууме, где - время релаксации

импульса свободных носителей заряда.

С учетом представления постоянной распространения волны на участке волновода, содержащем полупроводниковую структуру, в виде у = а + //? и соотношений (1)-{2) могут быть получены следующие выражения для постоянной затухания и фазовой постоянной волны в отсутствие внешнего магнитного поля , ,

и при его воздействии 1

(3),

А*

-сиох (4)

1 + ц2В2

(5),

А, = А) + °\1л 1 -<*„ / 2р2 (б),

Для тонких полупроводниковых структур, в пренебрежении отраже-

нием электромагнитной волны от передней и задней граней образца, величина прошедшей СВЧ-мощности определяется выражением

^прош = Лид «р(-2ат I) (7),

где /-длина образца вдоль направления распространения электромагнитной волны.

Определив ослабление мощности в волноводе с полупроводниковой структурой как

А = т&рпш!р^0ш) (8),

с учетом (5) и (7) можно получить соотношение, связывающее подвижность свободных носителей заряда с величиной ослабления мощности в волноводе в отсутствие внешнего магнитного поля А и при его воздействии Ат

(9).

Анализ соотношений (5) и (7) показывает, что использование волноводного метода СВЧ-магнитосопротивления для измерения полупроводниковых материалов с малыми значениями подвижности носителей заряда с достаточно высокой точностью вызывает серьезные трудности вследствие малого отличия Л отАт.

Для увеличения разности мощностей СВЧ-сигналов, поступающих в нагрузку при воздействии магнитного поля и без него, воспользуемся схемой измерений, представленной на рис. 2, в которой реализуется режим вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала синхронизированного полупроводникового генератора (генератора на диоде Ганна), на общей нагрузке.

Рассмотрим модель одноконтурного диодного полупроводникового синхронизированного генератора с резистивным активным полупроводниковым элементом (см. рис. 2), вольтамперная характеристика которого обладает участком отрицательной дифференциальной проводимости С{11), зависящей от амплитуды переменного напряжения II по квадратичному закону: С({/) = — Ол +(Ху£/2, где —Ол — малосигналъная отрицательная дифференциальная проводимость, ац — коэффициент нелинейности.

Амплитудно-частотные >*(*) и фазочастотные 9>(х) характеристики такого синхронизированного генератора описываются уравнениями:

02+*2)=^ (10), 1я<Р = х/(у-1) (11).

В качестве переменных, характеризующих частотную расстройку, амплитуду генерируемых колебаний и амплитуду внешнего воздействия, в уравнениях (10)

и (11) используются соответственно х =

о2

ч и1

у =

¿4

VI 1

где

и - частота собственных колебаний автономного

генератора и их амплитуда, и - частота и амплитуда внешнего

воздействия, бд и С- параметры схемы одноконтурного генератора (см. рис. 2). Нормированная мощность первой гармоники р1. отдаваемой активным эле-

ментом, определяется соотношением

р1~р0 о/

Со 1<?о /

где

- мощность автономного генератора При согласовании внутренней проводимости источника синхросигнала с проводимостью нагрузки и волновой проводимостью линии передачи в отражательной схеме мощность источника синхросигнала — величина постоянная и не зависит от частотной расстройки, а амплитуда синхронизирующего тока на входе генератора с учетом затухания волны в отрезке волновода, содержащем полупроводниковую структуру, определяется выражением

Для расчета выходной мощностно-частотной характеристики генератора воспользуемся условием баланса активных мощностей для основной

гармоники сигнала в стационарном режиме, записанным для нормированных ве-

Р,ых = -Р1 - ехр(~ 2а т1) (12),

-нормированные мощности синхросигнала и

_Щя2

сигнала на нагрузке соответственно, - величина, характеризую-

ийой

щая амплитуду источника синхросигнала.

Ток

нагрузке

быть

представлен

виде

и - амплитуды токов, на-

Н = Ьь + Да)+ Ьых ¡Цй* + Д/? + (р{х% где

водимых выходным сигналом синхронизированного генератора на нагрузке и синхросигналом на этой же нагрузке, при его непосредственной подаче на нагрузку , разность фаз, зависящая от частотной расстройки внутри полосы синхронизации, и - начальные разности фаз, определяемые электрической длиной линий передач сигналов в нагрузку

Амплитуды токов /вь„ и в нагрузке йг при согласовании проводимости

'51

нагрузки с выходным сопротивлением генератора и внутренней проводимостью источника синхросигнала определяются с использованием соотношений

Лых (13), /а = 5 ехр(-2ат /)б£ (14),

где -^ых-выходная мощность синхронизировашюго генератора, / -длина полупроводниковой структуры.

Амплитуда и фаза результирующего тока в нагрузке ¡1 = 8т(й* + у/) определяются выражениями:

а мощность, выделяемая на нагрузке при протекании тока ,. определяется

соотношением

■"¿Од 26,

(16).

Поскольку коэффициент затухания электромагнитной волны в волноводе, содержащем полупроводниковую структуру, зависит, согласно (6), от величины воздействующего магнитного поля, то в результате изменяется величина мощности, поступающей в нагрузку от синхронизированного генератора, и, следовательно, величина результирующего сигнала в нагрузке.

Из соотношения (15) с учетом (13), (14) и (16) может быть получено выражение, связывающее коэффициент затухания на частоте, соответствующей минимуму МЧХ в полосе синхронизации, для произвольной величины воздействующего магнитного поля, с мощностью Р^ измеряемого на нагрузке СВЧ-сигнала:

Измерение мощностей СВЧ-снгналов, поступающих в нагрузку в исследуемой СВЧ-схеме, при наличии магнитного поля Р^В) и без него позволяет с использованием выражения (17) рассчитать величину коэффициентов затухания ат и а и, используя выражение (5), определить величину подвижности

свободных носителей заряда в полупроводниковой структуре

ат

Знак перед квадратным корнем в выражении (17) выбирается из условия убывания величины ат с ростом магнитного поля В.

В третьем разделе представлены результаты компьютерного моделирования, в результате которого установлено, что использование метода измерений подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора открывает возможность достижения высокой чувствительности к изменению величины магнитосопро-тивления эпитаксиального слоя полупроводниковой структуры в окрестности минимума МЧХ.

На рис. 3. приведены результаты расчета МЧХ при различных значениях индукции магнитного поля, воздействующего на полупроводниковую структуру.

В отличие от обычно используемого метода СВЧ-магнитосопротивления, при применении которого изменение мощности, проходящей через волновод, содержащий полупроводниковую структуру, в магнитном поле 5~1 Тл, не превышает 1 дБ, в исследуемой СВЧ-схеме изхменение мощности сигнала на нагрузке в таком же магнитном поле может достигать 30 дБ.

На рис. 4 представлены результаты расчета зависимости мощности сигнала на выходе мостовой схемы в нагрузке Р\ / Р0 от величины магпитного поля воздействующего на полупроводниковую эпитаксиальную структуру при фиксированных значениях параметра расстройки х. Из этих результатов следует, что выбором величины расстройки может быть получен как монотонный, так и немонотонный характер зависимости мощности от величины магнитного поля.

В работе представлены результаты расчета зависимости мощности сигнала на выходе мостовой схемы в нагрузке от толщины и электропроводности

эпитаксиального слоя полупроводниковой структуры при фиксированных значениях параметра расстройки х.

Проведенные расчеты свидетельствуют о возможности использования исследуемой СВЧ-схемы на основе синхронизированного генератора для повышения чувствительности метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах.

-60 _,_,_,___

-1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 х

-В-0 ........В" 0,4? Тл

---В = 0,24 Тл-В ~ 0,54 Тл

.....В-0,33 Тл------В = 0,67 Тл

Рис. 3. Расчетные МЧХ выходного сигнала для различных значений индукции магнитного поля. 0.85

О ОД 0,4 0,6 0,8 В, Тл

— х = -0,9 -----л=-0,5

— * = -0,58---*=-0,4

— х--0,54

Рис. 4. Расчетные зависимости мощности выходного сигнала от индукции магнитного поля для различных значений параметра расстройки х, = 0,85

В четвертом разделе дается описание экспериментальных исследований метода измерений подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора.

Р,/РавЕ При проведении экспериментальных ис-

следований в одном из плеч мостовой схемы (см. рис. 2) размещался источник синхросигнала, в качестве которого использовался СВЧ-генератор типа Г4-83, а в другом - генератор на диоде Ганна типа ЗА703. На выходе мостовой схемы синхросигнал и выходной сигнал генератора на диоде Ганна суммировались на общей нагрузке. Результирующий сигнал контролировался с помощью анализатора спектра типа С4-27 и измерителя мощности типа МЗ-51.

В прямоугольном металлическом волноводе (с размерами 23x10 мм2) в центре поперечного сечения в Е-плоскости размещалась эпи-таксиальная структура из ОаМ длиной I = 3 СМ, состоящая из эпитаксиалыюго слоя толщиной /]=0.22 МКМ с электропроводностью а и подложки толщиной ¿2=400мкм с электропроводностью . Величина определялась по величине поглощенной мощности СВЧ-сигнала. Электропроводности слоев эпитаксиальной структуры удовлетворяли соотношению . Магнитное поле, создаваемое с помощью

электромагнита, направлялось перпендикулярно плоскости полупроводниковой эпитаксиальной структуры.

Выбором напряжения питания диода Ганна, уровня мощности, частоты синхросигнала и подстройкой элементов мостовой схемы удалось реализовать режим вычитания синхросигнала и выходного сигнала генератора на диоде Ганна на общей нагрузке. При изменении частоты синхросигнала в полосе синхронизации наблюдалось изменение мощности основной гармоники сигнала на выходе мостовой схемы в нагрузке, величина которого достигала 40 дБ.

На рис. 5 приведены результаты измерения МЧХ при различных значениях индукции магнитного поля, воздействующего на полупроводниковую эпитак-сиальную структуру. Из рис. 5 следует, в частности, что воздействие магнитного поля приводит к изменению положения минимума на МЧХ. Поскольку в окрестности частоты, соответствующей минимуму МЧХ, исследуемая схема обладает чрезвычайно высокой чувствительно-

стью к изменению собственной частоты генератора и мощности, поступающей от него на общую нагрузку, то при фиксированной частоте синхросигнала воздействие магнитного поля с индукцией 0.4 Тл на полупроводниковую эпитакси-альную структуру, вызывающее незначительное изменение мощности (~0.5 дБ) выходного сигнала синхронизированного генератора на общей нагрузке, приводит к значительному, до 20 дБ, изменению выходной мощности результирующего сигнала на ней (рис. 6).

На рисунке 6 представлены экспериментальные зависимости мощности первой гармоники выходного сигнала синхронизированного генератора от величины магнитного поля, воздействующего на полупроводниковую эпитакси-альную структуру В,при фиксированных значениях расстройки ДГ=/—/о частоты синхросигнала/от собственной частоты генератора па диоде Ганна^. Выбором величины расстройки Д/"может быть получен как монотонный, так и немонотонный характер зависимости мощности от величины магнитного поля.

Для экспериментального определения величины подвижности /I свободных носителей заряда в полупроводниковой структуре были измерены мощности СВЧ-сигналов, поступающих в нагрузку, на частоте, соответствующей минимуму МЧХ в полосе синхронизации, при наличии магнитного поля Р[/Рй(В=0Л Тл) = -24 дБ и без него С использованием выражения (17) были рассчитаны коэффициенты затухания а - 30.88 м"1 и

ат= 29.13 м"1

Величина подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковой структуре рассчитывалась с использованием выражения (18) и составила для исследуемого образца 0.61 М2/Вс

Анализ погрешностей косвенных измерений подвижности заключается в расчете числовых характеристик погрешности определения косвенно измеряемой величины по заданным характеристикам погрешностей непосредственно измеряемых величин. Согласно соотношениям рис. 6. Экспериментальные зависимо-(17) и (18), относительная погрешность сщ мощности первой гармоники вы-измерения подвижности свободных носи- ходного сигнала синхронизированно-телей заряда 8(1 в исследуемой схеме из- го генератора от величины магнитно-мерений определяется погрешностями го поля В, при фиксированных значе-измерения мощности СВЧ-сигнала и ве- пиях расстройки 4Г личины индукции магнитного поля:

Анализ полученных результатов показывает, что величина относительной погрешности определения подвижности свободных носителей заряда в СВЧ-схеме на основе синхронизированного генератора при 10%-ой ошибке измерения СВЧ-мощности в нагрузке и индукции магнитного поля при его величине,

.......... Д/ = -1,5 МГц

---¿/=-1 МГц

- Д/—0,8 МГц

------- ДГ=0МГц

большей 0.15 Тл, не превышает 20%, в то время как при обычно применяемой схеме измерений для достижения такой же величины погрешности необходимо использовать магнитные поля величшюй -0.8 Тл.

В заключении приведены основные результаты и сформулированы выводы диссертационной работы.

В приложении приведена программа расчета подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах по результатам измерений с использованием синхронизированного СВЧ-генератора.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Разработаны теоретические основы повышения чувствительности метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала.

2. Показано, что на основе измерений мощности синхросигнала, выходной мощности синхронизированного генератора и мощностей СВЧ-сигналов, поступающих в нагрузку при наличии магнитного поля и без него, на частоте, соответствующей минимуму МЧХ в полосе синхронизации, в исследуемой СВЧ-схеме вычитания когерентных сигналов, может быть определена величина подвижности свободных носителей заряда в эпитаксиальных полупроводниковых структурах.

3. Установлено, что при воздействии магнитного поля на полупроводниковую эпитаксиальную структуру в схеме измерений подвижности свободных носителей заряда методом СВЧ-магнитосопротивления с использованием синхронизированного генератора изменяется положение минимума на мощностно-частотной характеристике выходного сигнала в полосе синхронизации в режиме вычитания когерентных сигналов на общей нагрузке.

4. Показано, что разность мощностей СВЧ-сигналов, поступающих в нагрузку при воздействии магнитного поля на полупроводниковую эпитаксиальную структуру в волноводе и без него, в схеме измерений, в которой реализуется режим вычитания когерентных сигналов, увеличивается, на порядок и более, по сравнению с известными решениями.

5. Установлено, что изменение мощности выходного СВЧ-сигнала при изменении толщины и электропроводности эпитаксиального слоя внесенной в волно-водный тракт полупроводниковой структуры может быть увеличено на два порядка и более, при использовании синхронизированного генератора на диоде Ганна, работающего в схеме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Абрамов А.В., Поздняков В.А. СВЧ-метод измерения подвижности свободных носителей заряда// Тезисы докладов Всероссийской научно-технической дистанционной конференции «Электроника». Зеленоград, 19-30 ноября 2001 г. М.: МИЭТ, 2001. С. 68-69.

2. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Поздняков В.А. СВЧ-метод измерения подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах// Труды Восьмой Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектрони-

ки». Дивноморское, Россия, 14-19 сентября 2002 г. Таганрог. Изд-во ТРТУ, 2002. Часть 2. С. 86-89.

3. Усанов ДА., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Поздняков ВЛ. Измерение подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах с помощью полупроводниковых синхронизированных СВЧ-генераторов// Материалы Всероссийской науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы радиоэлектроники». Самара, 30 июня 2003 г.Самарский государственный аэрокосмический университет им. СП. Королева. Самара: Изд-во «НТЦ», 2003. С. 31-33.

4. Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Поздняков ВЛ. Использование синхронизированного генератора для измерения подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах// Тезисы докладов и сообщений II Международной науч.-техн. конф. «Физика и технические приложения волновых процессов». Самара, 7-13 сентября 2003 г. Самарский государственный университет. Самара: Изд-во «Самарский университет», 2003. С. 353.

5. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Поздняков ВЛ. Полупроводниковые синхронизированные СВЧ-генераторы в схеме вычитания сигналов для измерения подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах//Материалы 13-й международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2003). Севастополь, 8-12 сентября 2003 г. Севастополь: «Вебер», 2003. С. 589-591.

6. Усанов ДА., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Поздняков В.А. Исследование характеристик полупроводниковых структур на сверхвысоких частотах с использованием синхронизированного генератора// Труды четвертой Международной научно-технической конференции «Микроэлектронные преобразователи и приборы на их основе» (МЭПП-2003 Баку-Сумгаит). Баку-Сумгаит 16-18 декабря 2003 г. Баку: ЦП «Мутарджим», 2003. С. 12-14.

7. Усанов ДА., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Поздняков ВЛ. СВЧ-метод измерения подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах// Известия вузов. Электроника, 2004. №2. С. 76-84.

8. Abramov A.V., UsanovDA., SkripalA.V., Pozdnyakov V. A. A microwave method for measurement of free charge carriers mobility in semiconductor structures// Proc. of XV International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications MTK0N-2004, Poland, Warszawa, May 17-19, 2004. Vol. 2. P. 667-770.

9. Abramov A.V., Usanov DA., Skripal A.V., Pozdnyakov V. A. Modulation of the output power of semiconductor microwave oscillators by changing the voltage in bias circuit// Proc. of XV International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications MIK0N-2004, Poland, Warszawa, May 17-19, 2004л Vol.3. P. 874-877.

Подписано в печать 25.052004. Формат 60x841/16. Бумага офсетная

Гарнитура Times. Печать офсетная. Усл.-печ. л. 1.0 _Тираж 100 экз. Заказ № 206._

Издательский центр «Темпус» Саратовского государственного университета. 410060, Саратов, Астраханская, 83.

№13 93 3

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Поздняков, Валерий Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР

НА СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ.

1.1. Волноводные методы измерения электрофизических параметров полупроводников

1.2. Мостовые методы измерения параметров полупроводников

1.3. Резонаторные методы измерения параметров полупроводников

1.4. Измерение параметров материалов методом волноводно-диэлектрического резонанса

1.5. Автодинные методы измерений

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ

ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНХРОНИЗИРОВАННОГО

СВЧ-ГЕНЕРАТОРА.

2.1.Теория волноводного метода измерения подвижности свободных носителей заряда с использованием эффекта СВЧ-магнитосопротивления

2.2.Модель полупроводникового синхронизированного СВЧ-генератора, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала синхронизированного генератора

2.3. Измерение подвижности свободных носителей заряда на основе эффекта СВЧ-магнитосопротавления с использованием полупроводникового синхронизированного СВЧ-генератора

3. РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ^

3.1. Компьютерное моделирование характеристик полупро- ^ водникового синхронизированного СВЧ-генератора, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала

3.2. Компьютерное моделирование схемы измерений под- 63 вижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ ПОДВИЖНОСТИ СВОБОДНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНХРОНИЗИРОВАННОГО СВЧ-ГЕНЕРАТОРА.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование возможности повышения чувствительности метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна"

Эффективность производства существующих и успешное создание новых полупроводниковых приборов во многом зависит от уровня развития методов измерений электрофизических параметров полупроводниковых материалов. Чаще всего при измерениях применяются контактные методы, т. е. полупроводники измеряют на постоянном или низкочастотном токе [1-3]. Измерения такими методами производятся при наличии контакта зонда с образцом. Зачастую это приводит к разрушению исследуемого материала. Также при использовании таких методов могут возникать характерные для них нежелательные явления, например, связанная с контактом инжекция носителей заряда в материал, контактная разность потенциалов, возникновение термоЭДС, которые приводят к трудноустранимым погрешностям при измерениях, причем влияние этих эффектов может меняться в зависимости от температуры, что создает трудности при проведении измерений в широком интервале температур. С помощью зондовых методов затруднительно также исследовать образцы малой площади с произвольной геометрией.

Достоинством бесконтактных методов, к которым, помимо прочих, относятся СВЧ-методы, является возможность проводить измерения, не разрушая материал и не изменяя его свойства [4-29]. СВЧ-методы основаны на поглощении электромагнитной энергии свободными носителями заряда, на инерционности носителей в СВЧ-поле, на повороте плоскости поляризации волны при искривлении траектории движения свободных носителей заряда, на резонансном поглощении электромагнитной энергии и других специфических эффектах в полупроводниках на СВЧ. Поскольку изменения коэффициента отражения и передачи, добротности и собственной частоты резонатора, обусловленные внесенным образцом, зависят от параметров этого образца, то эту связь можно использовать для их определения. Преимуществом СВЧ-измерений является возможность проводить на одном образце определение нескольких параметров, измерение которых контактными методами требует создания различных установок и использования разных образцов. При отсутствии контакта появляется возможность вынесения измерительных приборов за пределы области температурного воздействия на полупроводник и, как следствие, измерения свойств полупроводников в широком интервале температур. При использовании СВЧ для измерений становится возможным изучение зависимости тех или иных параметров от частоты. Бесконтактность методов открывает новые возможности для изучения анизотропных эффектов. Из-за возможности приложения сильных электрических полей без использования контактов СВЧ-методы могут быть применены для изучения кинетики разогрева носителей в электрическом поле, так как бесконтактность исключает инжекцию. С помощью данных методов возможно проводить экспрессные измерения, измерение и отбраковку полупроводниковых заготовок для приборов, контроль параметров при термообработке. Измерения с помощью СВЧ очень важны для определения параметров пленочных структур, из-за того, что СВЧ-методы исследования пленок позволяют проводить разносторонние измерения без разрушения пленки, что дает возможность использовать прошедшие измерения образцы для производства приборов.

Следует отметить, что СВЧ-методы являются оптимальными при использовании исследуемых материалов и структур в приборах полупроводниковой СВЧ-электроники, поскольку исследования с помощью зондовых методов могут давать недостаточно информации для конструирования СВЧ-устройств с заданными характеристиками. Преимущества полупроводниковых СВЧ-приборов по сравнению с их вакуумными аналогами придают актуальность разработке новых методов определения параметров полупроводников.

СВЧ-методы классифицируют по физическим эффектам, на которых основаны методы измерения, по типу используемой схемы измерений и по характеру взаимного расположения образца и электродинамической системы. В основе деления СВЧ-методов по физическим принципам лежат эффект поглощения электромагнитной энергии свободными носителями заряда, инерционность носителей в СВЧ-поле, поворот плоскости поляризации волны при искривлении траектории движения носителей заряда, ре-зонансы. По типу используемой схемы СВЧ-методы делят на волновод-ные, мостовые, резонаторные. Рассматривая взаимное расположение исследуемого образца и электродинамической системы СВЧ-методы делят на методы измерения "проходными" системами, когда образец помещается внутри системы и методы измерения "накладными" системами, когда образец прикладывается к открытому концу СВЧ-тракта, к отверстию в резонаторе или является частью их стенок.

Наиболее распространенными методами являются волноводные и резонаторные. При использовании волноводных методов рассматривается взаимодействие СВЧ-волны, распространяющейся в волноводе с помещенным в него образцом, и измеряются интенсивность прошедшей и отраженной волн. При измерениях резонансными методами схема настраивается в резонанс изменением размеров электродинамической системы или частоты генератора. Эти методы основаны на поглощении электромагнитной энергии свободными носителями заряда и изменении эквивалентных размеров резонатора при помещении в него полупроводника. По результатам определения изменения характеристик резонатора могут быть определены диэлектрическая проницаемость и электропроводность материала, изменение электропроводности, вызванное наложением магнитного поля, освещением образца и т. д. Если зависимость между изменением электропроводности и поглощением в образце является линейной, то можно найти величину времени установления неравновесных процессов в полупроводниках, таких как объемное время жизни неосновных носителей и скорость поверхностной рекомбинации. Введение исследуемого образца в измерительную резонаторную систему приводит к смещению резонансной частоты и изменению добротности резонатора, по изменению которых рассчитываются параметры образца.

В настоящей работе исследовалась возможность повышения чувствительности СВЧ-методов измерения подвижности свободных носителей, электропроводности и толщины эпитаксиального слоя полупроводниковых структур, при использовании режима вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и сигнала от синхронизированного генератора на диоде Ганна. Использование явления синхронизации позволяет изменять разность фаз между выходным сигналом автогенератора и синхросигналом, регулируя частоту синхросигнала, и таким образом добиваться в схемах сравнения заданной величины мощности выходного сигнала на общ^й нагрузке или, в случае почти полного гашения сигнала, резко повысить фазовую чувствительность схемы сравнения.

С учетом вышесказанного была сформулирована цель диссертационной работы: экспериментальное и теоретическое обоснование возможности повышения чувствительности метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов, синхросигнала и выходного сигнала.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• разработка теоретических основ повышения чувствительности метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала.

Новизна исследований, проведенных в ходе диссертационной работы, состоит в следующем:

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

• обоснована теоретически и реализована экспериментально схема измерений подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах методом СВЧ-магнитосопротивления с использованием синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала;

• измерена подвижность свободных носителей заряда в эпитаксиальных структурах из СаАь с помощью схемы измерений, использующей режим вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала синхронизированного автогенератора.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Использование метода измерений на основе синхронизированного генератора на диоде Ганна, работающего в режиме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала, позволяет повысить чувствительность метода СВЧ-магнитосопротивления к изменению подвижности электронов в полупроводниковых структурах.

2. Величина подвижности свободных носителей заряда в эпитаксиальных полупроводниковых структурах при использовании метода измерений на основе синхронизированного СВЧ-генератора на диоде Ганна может быть определена по измеренным значениям мощностей СВЧ-сигналов, поступающих в нагрузку при наличии магнитного поля и без него, на частоте, соответствующей минимуму мощностно-частотной характеристики в полосе синхронизации.

3. Воздействие магнитного поля на полупроводниковую эпитаксиальную структуру в методе измерений подвижности свободных носителей заряда на основе эффекта СВЧ-магнитосопротивления с использованием синхронизированного генератора приводит к изменению положения минимума на мощностно-частотной характеристике в полосе синхронизации в режиме вычитания когерентных сигналов на общей нагрузке.

5. Изменение мощности выходного СВЧ-сигнала при изменении толщины и электропроводности эпитаксиального слоя внесенной в волновфшый тракт полупроводниковой структуры может быть увеличено на д$а порядка и более, при использовании синхронизированного генератора на и диоде Ганна, работающего в схеме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы доложены на: XV International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications M3KON-2004, Poland, Warszawa, May 17-19,2004;

II Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». Самара, 7-13 сентября 2003 г. Самарский государственный университет. Самара;

13-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2003). Севастополь, 8-^2 сентября 2003 г.;

Четвертой Международной научно-технической конференции «Микроэлектронные преобразователи и приборы на их основе» (МЭПП-2003 Баку-Сумгаит). Баку-Сумгаит 16-18 декабря 2003 г.;

Восьмой Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники». Див-номорское, Россия, 14-19 сентября 2002 г.;

Всероссийской научно-технической дистанционной конференция «Электроника». Зеленоград, 19-30 ноября 2001 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ [30-38].

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

Основные результаты и выводы диссертационной работы заключаются в следующем:

5. Установлено, что изменение мощности выходного СВЧ-сигнала при изменении толщины и электропроводности эпитаксиального слоя внесенной в волноводный тракт полупроводниковой структуры может быть увеличено на два порядка и более, при использовании синхронизированного генератора на диоде Ганна, работающего в схеме вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Поздняков, Валерий Александрович, Саратов

1. Павлов JI. В. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. М.: Высш. шк., 1987. 239 с.

2. Ковтонюк Н. Ф., Концевой Ю. А. Измерения параметров полупроводниковых материалов. М. 1970.

3. Блад П., Ортон Дж. В. Методы измерения электрических свойств полупроводников. Зарубежная радиоэлектроника, 1981. ч. I, с. 3-50; ч. 2, № 2, с. 3-49.

4. Усанов Д.А. СВЧ-методы измерения параметров полупроводников. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1985. 55 с.

5. Гершензон Е.М., Литвак-Горская Л.Б., Плохова Л. А., Зарубина Т.С. Методы определения параметров полупроводниковых плёнок на СВЧ. — В кн.: Полупроводниковые приборы и их применение/ Под. ред. Е.А. Федотова, М.: 1970. Вып. 23. С. 3-48.

6. Арапов Ю.Г., Давыдов А.Б. Волноводные методы измерения электрофизических параметров полупроводников на СВЧ// Дефектоскопия. 1978. №11. С. 63-87.

7. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В. Физика полупроводниковых радиочастотных и оптических автодинов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2003. 312 с.

8. Усанов Д.А., Скрипаль A.B. Физика работы полупроводниковых приборов в схемах СВЧ. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1999. 376 с.

9. Афсар М. Н., Берч Дж. Р., Кларк Р. Н. Измерение характеристик материалов// ТИИЭР. 1986. Т. 74, № 1. С. 206-220.

10. Ягу дин Г. X. Измерение электрофизических параметров полупроводников с помощью электромагнитных полей СВЧ диапазона. Обзоры по электронной технике. Сер. Полупроводниковые приборы и микроэлектроника. М.: ЦНИИ Электроника, 1968, вып. 21. 68 с.

11. П.Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков A.C. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 208 с.

12. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 4. Контроль излучениями: Практ. пособие. Под ред. В.В. Сухорукова. М.: Высш. шк., 1992. 321 с.

13. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х книгах. Кн. 1. Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1986. 352 с.

14. Баранов JI. И., Гаманюк В. Б., Усанов Д. А. К вопросу об определении проводимости и диэлектрической проницаемости полупроводников на СВЧ// Радиотехника и электроника. 1972. Т. 17, № 2. С. 426-428.

15. Этуотер. Определение времени жизни носителей в полупроводниках на СВЧ// ТИРИ. 1961. Т.49. №9. С.1671-1672.

16. Бхар. Исследование полупроводников с помощью СВЧ методов // ТИИЭР. 1963. Т.51. №11. С. 1597-1605.

17. П.Завьялов А. С., Дунаевский Г. Е. Измерения параметров материалов на сверхвысоких частотах. Томск: Изд. Томского ун-та, 1985. 214 с.

18. Чэмплин К.С., Армстронг Д.Б. Выражения в явном виде для проводимости и диэлектрической проницаемости объемных полупроводников в волноводе // ТИРИ. 1962. Т.50, № 2. С.272-273.

19. Нолмс Д А., Фойхт Д.Л. Измерение проводимости и диэлектрической проницаемости полупроводников на СВЧ // ТИИЭР. 1964. Т.52. № 1. С. 107-108.

20. Ганн М.В. Измерение комплексной диэлектрической проницаемости полупроводников СВЧ методом // ТИИЭР. 1964. Т.52. №2. С. 194.

21. Григулис Ю.К. Электромагнитный метод анализа слоистых полупроводниковых и металлических структур. Рига.: Зинатне. 1970. 272 с.

22. Конев В.А., Кулешов Е.М., Пунько И.Н. Радиоволновая эллипсометрия. Под ред. И.С.Ковалева. Минск.: Наука л техника. 1985.104 с.

23. Новые СВЧ методы изучения поверхностной рекомбинации и времени жизни / Джекобе X., Брэнд, Мэйндл и др. // ТИИЭР. 1963. № 4. С.608-620.

24. Стариков В.Д. Методы измерения на СВЧ с применением измерительных линий. М.: Сов.радио. 1972. 144 с.

25. Брандг A.A. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М.: Физматтиз. 1963.147 с.

26. Валитов P.A., Сретенский В.Н. Радиотехнические измерения. М.: Сов.радио. 1963. 102 с.

27. Ахманаев В. Б., Медведев Ю.В., Петров A.C. Резонатор для бесконтактного измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1981. Вып. 4. С .4951.

28. Прибор для измерения толщины полупроводниковых эпитаксиальных пленок на низкоомных подложках./Гордиенко Ю.Е., Старостенко В. В., Дудкин H.A., Шевченко В.Е.// Приборы и техника эксперимента. 1974. №4. С. 196-199.

29. Ягудин Г. X., Шибаев А. А., Пономаренко О. Н. Бесконтактные методы неразрушающего контроля электрофизических параметров полупроводниковых структур. Обзоры по электронной технике. Сер. Полупроводниковые приборы, 1973, вып. 4(104). 52 с.

30. Сумгаит). Баку-Сумгаит 16-18 декабря 2003 г. Баку: ЦП «Мутарджим»,2003. С. 12-14.

31. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Поздняков В.А. СВЧ-метод измерения подвижности свободных носителей заряда в полупроводниковых структурах// Известия вузов. Электроника. 2004. №2. С. 76-84.

32. Benedict T. S., Shockly W. Microwave Observation of the Collision Frequency of Electrons in Germanium. Phys. Rev., 1953, vol. 89, p. 1152-1153.

33. Gunn M. W., Brown J. Measurement or semiconductor properties in a slot-ted-waveguide structure. Proc. IEE, 1965, vol. 112, № 3, p. 463-468.

34. Gabriel G. J., Brodwin M. E. The Solution of Guided Waves in Jnhomoge-neous Anisotropic Media by Petru bation and Variational Methods. IEEE Trans., 1965, vol. MTT-13, № 5, p. 364-370.

35. Cheikh R. H., Gunn M. W. Wave propagation in a rectangular waveguide in-nomogemously filled with semiconductors. IEEE Trans. 1968, vol. MTT-16, №2, p. 117-121.

36. Molnar В., Kenedy T. A. Evaluation of S- and Se-implanted GaAs by con-tactless mobility measurement// J. Electrochem. Soc. Solid-State Science and Technology. 1978. Vol. 125, № 8. P. 1318-1320.

37. Банников B.C., Качуровский Ю.Г., Петренко И.В. и др. Измерение подвижности носителей заряда методом СВЧ-магнитосопротивления// Электронная промышленность. 1982. №9. С.48^49.

38. Безручко С.М., Подшивалов В.Н., Фисун А.И. Прибор для бесконтактного определения подвижности носителей заряда в полупроводниковых структурах// Электронная промышленность. 1986. №3. С. 66-67.

39. Вениг С.Б., Усанов Д.А., Солоухин Н.Г., Братин С.М. Влияние высших типов волн на погрешность измерения подвижности методом СВЧ-магнитосопротивления// Электронная техника. Сер. 8.1990. Вып.1. С. 64-66.

40. Лабораторные работы по курсу «Измерение параметров полупроводников на СВЧ»/Д. А. Усанов, С. Б. Вениг, В. Б. Феклистов, А. В. Скри-паль// Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1997.140с.

41. Чэмплин К. С., Армстронг Д. Б., Гандерсон П. Д. Инерция носителей заряда в полупроводниках. ТИИЭР, т. 52, № 6, с. 720-729.

42. Такэтоми К., Кавасаки К. Метод измерения комплексной диэлектрической постоянной с использованием СВЧ-объемного резонатора // Гифу коге кото сэмма гаккай кие. 1970. №3. С. 33-37.

43. В. Terselius and В. Ranby, "Cavity perturbation measurements of the dielectric properties of vulcanizing rubber and polyethylene compounds", J. Microwave Power, vol. 13, pp. 327-335,1978.

44. A. Parkash, J. K. Vaid, and A. Mansingh, "Measurement of dielectric parameters at microwave frequencies by cavity-perturbation technique", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-27, pp. 791-795, 1979.

45. Матус Л. Г., Босс С. Б., Риддл А. Н. Настройка и согласование резонатора типа ТМ010 с генератором. Приборы для научных исследований, 1983, т. 54, № 12, с. 69—75.

46. К. Н. Hong and J. A. Roberts, "Microwave properties of liquids and solids using a resonant microwave cavity as a probe," J. Appl. Phys., vol. 45, pp. 2452-2456,1974.

47. S. Li, C. Akyel, and R. G. Bosisio, "Precise calculations and measurements on the complex dielectric constant of lossy materials using TM010 cavity perturbation techniques," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-29, pp. 1041-1048, 1981.

48. R. J. Cook, "Microwave cavity methods" in High Frequency Dielectric Measurement (Conf. Proc., March 1972), J. Chamberlain and G. W. Chantry, Eds. Guildford, U.K.: IPC Science and Technology Press, 1973, pp. 12-27.

49. E. Ni and U. Stumper, "Permittivity measurements using a frequency tuned microwave TE01 cavity resonator", Proc Inst. Elec. Eng., pt. H, vol. 132, no. l,pp. 27-32,1985.

50. Хиппель А. Р. Диэлектрики и их применение. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1959.

51. D. Т. Llewellyn-Jones et al., "New method of measuring low values of loss in the near millimetre wavelength region using untuned cavities," Proc. Inst. Elec. Eng., vol. 127, pt. A, no. 8, pp. 535-540, Nov. 1980.

52. J. R. Birch and R. N. Clarke, "Dielectric and optical measurements from 30 to 1000 CHz," Radio Electron. Eng., vol. 52, no. 11/12, pp. 566-584, Nov./Dec. 1982.

53. F. Kremer and J. R. Izatt, "Millimetre-wave absorption measurements in low-loss dielectrics using an untuned cavity resonator", Int. J. Infrared and Millimetre Waves, vol. 2, pp. 675-694,1981.

54. J. R. Izatt and F. Kremer, "Millimetre wave measurement of both parts of the complex index of refraction using an untuned cavity resonator," Appl. Opt., vol. 20, no. 14, pp. 2555-2559, July 1981.

55. Двинских В.А., Дувинг В. Г., Усанов Д.А. Полупроводниковый генератор для измерения диэлектрической проницаемости материалов на СВЧ // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1978. №8. С. 100-102.

56. Бесконтактные радиоволновые методы измерения электрофизических параметров полупроводниковых материалов / М.В. Детинко, Ю.В. Ли-сюк, Ю.В. Медведев, А.А. Скрыльников // Изв. вузов. Физика. 1992. Т.35, №9. С. 45-63.

57. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ: в 2-х т. М.:Высш. шк., 1970. Т. 1. 372 с.

58. Диэлектрические резонаторы / М.Е. Ильченко, В.Ф. Взятышев, Л.Г. Га-санов и др.; Под ред. М.Е. Ильченко. М.:Радио и связь, 1989. 328 с.

59. Коробкин В.А., Хижняк Н.А. Волноводно-диэлектрический резонанс диэлектрического образца в прямоугольном волноводе // Изв. вузов. Радиофизика. 1978. Т. 21. №4. С. 558-565.

60. Определение параметров диэлектриков на сверхвысокой частоте с помощью волноводно-диэлектрических резонансов / Коробкин В. А., Пятак Н.И., Бабарика Л.И. и др.// Приборы и техника эксперимента. 1976. №3. С. 169-171.

61. Усанов Д.А., Писарев В.В., Вагарин А.Ю. Использование автодинных преобразователей частоты на диодах. Ганна для бесконтактных измерений параметров диэлектриков на СВЧ // Дефектоскопия. 1985. № 5. С.82-85.

62. Бородовский П.А., Булдыгин А.Ф., Уткин К.К. Расчет и экспериментальное исследование автодинного преобразователя частоты на диоде Ганна // Изв. Вузов MB и ССО СССР. Радиоэлектроника. 1977. Т. 20, № 10. С. 64-70.

63. Булахова JI.B., Кукушкин В.В., Соляков В. Н. О частотных свойствах смесителей на диоде Ганна в миллиметровом диапазоне // Радиотехника. 1981. Т. 26. № 3. С. 666-667.

64. Усанов Д.А., Писарев В.В. Особенности работы генератора на МЭП-диоде в автодином режиме при близких частотах генерации и сигнала // Изв. вузов. MB и ССО СССР. Радиоэлектроника. 1981. Т. 24. № 10. С. 81-82.

65. Бородовский П.А., Булдыгин А.Ф., Уткин К.К. Автодинный смеситель на диоде Ганна // Изв. вузов. MB и ССО СССР. Радиоэлектроника. 1974. Т. 17. № 12. С. 82-84.

66. Яцуненко А.Г., Соколовский И.И. Усилитель-преобразователь на диоде с переносом электронов // Радиотехника. 1980. Т. 35. № 6. С. 40-42.

67. Роман O.A., Трепанов В.К. Экспериментальное исследование преобразователей частоты на диодах с переносом электронов // Изв. вузов MB и ССО СССР. 1980. Т. 23. № 10. С. 80-82.

68. Усанов Д. А., Скрипаль А. В. Детектирование МЭП-диодами, работающими в активном режиме// Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1980. Вып. 10. С. 62-63.

69. Эффект автодинного детектирования в генераторе на диоде Ганна с низкочастотным колебательным контуром в цепи питания/Д. А. Усанов, А. В. Скрипаль, А. А. Авдеев, А. В. Бабаян// Радиотехника и электроника. 1996. Т. 41, №12. С. 1497-1500.

70. Усанов Д. А., Безменов А. А., Орлов В.Б. Детекторный эффект в усилителях на лавинно-пролетных диодах// Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1980. Т. 23, №10. С. 63-64.

71. Детекторный эффект в СВЧ-усилителях на транзисторах/Д. А. Усанов, А. А. Безменов, А. Ю. Вагарин, В. М. Логинов// Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1981. Вып. 9. С. 60-61.

72. Детекторный эффект в СВЧ-усилителях на полевых транзисто-рах/Д. А. Усанов, А. А. Безменов, А. Ю. Вагарин, В. М. Логинов// Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1984. Вып. 1. С. 32-33.

73. Усанов Д. А., Безменов А. А. Детектирование СВЧ-полевыми транзисторами, работающими в активном режиме// Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1986. Вып. 2. С. 19-21.

74. Использование эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых СВЧ-генераторах для создания устройств радиоволнового кон-троля/Д. А. Усанов, В. Д. Тупикин, А. В. Скрипаль, Б. Н. Коротин // Дефектоскопия. 1995. №5. С. 16-20.

75. Усанов Д. А., Безменов А. А., Коротин Б. Н. Устройство для измерения толщины диэлектрических пленок, напыляемых на металл// Приборы и техника эксперимента. 1986. №4. С. 227-228.

76. Пат. 2094811 БШ, МКИ 001 Я 27/26. Устройство на диоде Ганна для измерения параметров диэлектрических материа-лов/Д. А. Усанов, А. В. Скрипаль, Б. Н. Коротин, А. А. Авдеев № 95115788/09. Заявл. 07.09.95; Опубл. 27.10.97; Бюл. №30.

77. Пат. 2096Т91 Ш, МКИ 001 Л 27/26. Устройство для измерения параметров диэлектрических материалов/Д. А. Усанов, А. В. Скрипаль, Б. Н. Коротин, А. А. Авдеев № 95115711/09. Заявл. 07.09.95; Опубл. 20.11.97; Бюл. №32.

78. А.С. 1161898 СССР, МКИ <301 Я 27/26. Устройство для измерения параметров диэлектрических материалов/Д. А. Усанов, А. Ю. Вагарин, Б. Н. Коротин. №3584535/25; Заявл. 22.04.83; Опубл. 15.06.85; Бюл. №22.

79. Усанов Д. А., Посадский В. Н., Буренин П. В. и др. Детекторный эффект в усилителях на диодах с переносом электронов// Радиотехника и электроника. 1977. Т. 22, №5. С. 1085-1086.

80. Усанов Д. А., Вагарин А. Ю., Безменов А. А. Об использовании детекторного эффекта в генераторах на лавинно-пролетных диодах для измерения диэлектрической проницаемости материалов// Дефектоскопия. 1981. №11. С. 106-107.

81. Усанов Д. А., Скрипаль А. В. Эффект автодинного. детектирования в генераторах на диодах Ганна и его использование для контроля параметров материалов//42-я Всесоюз. науч. сессия, посвященная Дню радио: Тез.докл. М.: Радио и связь, 1987. Ч. 2. С. 31.

82. Усанов Д.А., Вагарин А.Ю., Вениг С.Б. Использование детекторного эффекта в СВЧ генераторе на диоде Ганна для измерения параметров диэлектриков// Дефектоскопия. 1985. №6. С.78-82.

83. Усанов Д. А., Коротин Б. Н. Устройство для измерения толщины металлических пленок, нанесенных на диэлектрическую основу// ПТЭ. 1985. № 1. С. 254.

84. Усанов Д. А., Коротин Б. Н., Орлов В. Е. Использование эффекта автодинного детектирования в СВЧ-генераторах на туннельном диоде для определения параметров диэлектриков// Дефектоскопия. 1987. № 9. С. 83-84.

85. У санов Д. А., Скрипаль А. В. Эффект автодинного детектирования в генераторах на диодах Ганна и его использование для контроля толщины и диэлектрической проницаемости материалов// Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1987. Т. 30, №10. С. 76-77.

86. Усанов Д. А., Скрипаль Ал. В., Коротин Б. Н., Скрипаль Ан. В. СВЧ-толщиномер//Состояние и тенденции развития метрики полупроводниковых и диэлектрических структур: Тез.докл.науч.-тех.совещания. М.: ЦНИИ "Электроника", 1986. Сер.8. Вып.2 (232). С. 43.

87. А.с. 1264109, МКИ G01 R 27/26. Устройство для измерения параметров диэлектрических материалов/Д.А.Усанов, А.В.Скрипаль, Б.Н.Коротин и др., Опубл. 15.10.86. Бюл.№ 38.

88. А. с. 1448821 СССР, МКИ G01 В 15/02./Д. А. Усанов, В. Д. Тупикин, А. В. Скрипаль, Ан. В. Скрипаль (СССР). №4102803/24-28; Заявл. 05.08.86.

89. А. с. 1831121А1 RU, МКИ G01 Е 27/26./Д. А. Усанов, В. В. Писарев, А. А. Авдеев, А. В. Скрипаль и др. № 4497352/ 09; Заявл. 20.10.88.

90. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Коротан Б. Н. и др. Информационно-измерительный комплекс для контроля параметров покрытий// Информ. листок о науч.-техн. достижении/Сарат. ЦНТИ. Саратов, 1988.

91. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Семенов А. А. и др. Информационно-измерительный комплекс для контроля параметров покрытий// Аннотация экспонатов «Ученые Поволжья — народному хозяйству». Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1989. С. 80.

92. Perlman B.S, Upadhyayula C.L, Siekanowicz W.W. Microwave Properties and Applications of Negative Conductance Transferred Electron Devices // Proc. IEEE. 1971. Vol. 59, № 8. P. 1229-1237.

93. Андреев B.C. К теории синхронизации автогенераторов на приборах с отрицательным сопротивлением // Радиотехника. 1975. № 2. С.43-53.

94. Радиотехнические устройства СВЧ на синхронизированных генераторах / Н.Н. Фомин, B.C. Андреев, Э.С. Воробейчиков и др. / Под ред. Н.Н. Фомина. М.: Радио и связь, 1991. 192 с.

95. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Ульянов Д.В. Влияние магнитного поля на работу полупроводниковых синхронизированных СВЧ-генераторов в режиме гашения мощности //Изв. вузов. Электроника. 2000. №6. С. 4954.

96. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Абрамов A.B. Оптическое управление полупроводниковыми синхронизированными СВЧ-генераторами, работающими в схеме вычитания сигналов// Известия вузов. Электроника. 2002. №5. С. 31-39.

97. Дворяпшн Б.В. Основы метрологии и радиоизмерения: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1993. 320 с.