Chương I trình bẩy một số nét về hai đại lượng được quan tâm trong nghiên cứu vật lý chất răn : Độ cảm từ trong nghiên cứu siêu dẫn nhiệt độ cao và phd quá độ các tâm sâu trong vật liệu bán dân. > ` ⁄ > a a A A 2 ^ M Chương II trình bày quá trỉnh xây đựng hệ tự động do độ cam từ cua Z x 7 dân a ^ us a na Fa cac mau sieu nhiệt độ cao va su dung hệ trong nghiên cứu. Chương III mô tả những ý tưởng chính của KỸ thuật đo DLTS trong nghiên cứu tâm sâu va dua trên đó xây dung hai hệ đo : điện dung DLTS và dòng DLTS analog từ rhững linh Hiện rời rac trong điểu kiện Việt nam Chương này trình bẩy chi tiết về các công việc hiệu chỉnh hoạt động của hệ, cải thiện chất lượng hệ do, sử dung hệ trong nghiên cứu. > a ^ , Z sf A & ni Chương IV trình bẩy về các phương pháp khai thác số liệu trên hệ tự động hai biến C(t,T) : Phương pháp Tách phổ, Lang và Dịch cửa.
Hột hệ đo ba chiểu [51b, 1,5] được hiệu chỉnh, bổ chính để kiểm nghiệm các B= phương pháp nói trên. Trong chương nay, một số để nghị cai thiện hệ đo v A + a Z 2 hai biến được đưa ra nhắm nâng cao độ chính xác của các kết quả. A? Phương pháp tìm rhận tín hiệu kiểu hai biến có nhiều đặc điểm ưu việt đặc biệt cố hiệu quả cao về mặt xử lý số liệu trên hệ đo tự động. 2 Aa £ A 7 A “ ` 4 zZ ` Các hệ đo nói trên đã góp rphẩn trong quá trình thực hiện các để n 2 , F 5 4.
; F tài của Nhóm nghiên cứu tâm sâu thuộc Khoa Vật lý Trường Đại hoc Tổns hợp Hà nội (2,5, 1O]. Xét về phương diện tổ chức hệ do, các công việc được tiến hành từ các hệ analog đến các hệ tự động, từ hệ tự động một. nx Z na „ Z Z a bién dén hệ tự động hai biển số. Xét về phương điện ứng dung, có thể đùng hệ trong nghiên cứu vật lý các tâm sâu, vật lý siêu dfn nhiệt độ cao và các phép do đại lượng phụ thuộc nhiệt độ trong nghiên cứu vật lý chất rắn nói chung với sự điểu chỉnh thích hợp trong rhững hoàn 4 U canh cu thé.
Công trình này đã được tiến hành từ năm 1980 đến năm 1993 tai BO môn Vật lý Chất răn, Bộ môn Vật lý Đại cương, Khoa Vật lý Trường Đại học Tổng hợp Hà nội và Phòng thí nghiệm Vật lý Nơtron Viện liên hiệp nghiên cứu hạt nhân (JINR) Dubna, Liên bang Nga. Ha nội ngày 10 thang 11 nắm (994. CHƯNG I: VÀI NET VỀ HAI DAI LƯỢNG PHY THUỘC NHIỆT ĐỘ a a “ a LA of v. DUOC QUAN TAM TRONG NGHIEN CUU VAT LY CHAT RAN.
Độ cảm từ X (trên một đơn vi thể tích) được định nghĩa bằng tỷ số l8 — (1.1) trong đố H là mô men từ của đơn vị thể tích và thường được gọi là độ từ hoá, H là cường độ tu trường ngoài. Ngoài cách định nghĩa độ cảm từ trên đơn vị thể tích người ta cũng thường ding khái niệm độ cảm từ trên don vị khối lượng hay trên mol (độ cảm từ phân tử gam). Khi đố người ta ding ký hiệu Xụ, Những chất có độ cảm từ đương gọi là chất thuận từ Những chất có độ cảm từ âm gọi là chất nghịch từ. Nếu trong chất thuận từ có một tương tác nào đố làm cho các mô men từ nguyên tử và mô men từ ion định hướng theo một hướng xác định thi ta sẽ cố chất sắt từ.
Đố là các chất có mô men từ tự phat ngay cả khi Không có từ trường ngoài. Giả thiết rằng tổn tại một tương tác như vậy và gọi tương tac đố là do một trường nào đố gọi là trường Weiss. Trường này còn được gọi là trường phân tử hay trường trao đổi. DS từ hoá bão hoà Ms được xác đị bằng nhmô men từ tự rhất của đơn vị thể tích của mẫu chất.
Điểm Curie Tc là nhiệt độ mà khi T > To thi độ từ hoá tự phát sẽ biến mất. Trong vùng thuận từ của chất sắt ti, độ cảm từ được cho bởi định luật Curie-Weiss : - 1Ò- X = ----- (4. 2) T - Tc ` A ở đây C là hằng số gọi là hẳng số Curie. k) si ^ L4 Biểu thức này diển tả rất đúng đấn sự biến thiên của độ cảm từ qu an sát được trong vùng T > Te của các chất sắt từ, Khi lầm lạnh chất siêu dẫn trong từ trường H xuống dưới nhiệt độ tối han Tc thì các đường cảm ứng từ bị đẩy ra ngoài chất siêu dẩn.
Hiện tượng này được gọi là Hiệu ting Meissner. 4) Hiệu ứng này cho biết : Chất siêu dẩn biểu hiện nhu chất nghịch từ lý tưởng. Theo biểu thức Langevin về độ cảm nghịch từ có chú ý đến những hiệu chính do nguyên lý Pauli, độ cảm nghịch từ trên đơn vị thể tích cô dang : a X ~ -Ze N (1. 5) trong đố Z : số electron N : số nguyên tử trong đơn vị thể tích.
Tính nghịch từ cố liên quan đến xu tướng của các điện tích muốn che bớt phẩn trong của vật thể Khỏi từ trường ngoài. Từ lý thuyết điện từ, theo định luật Lentz, moi biến thiên từ thông qua mạch điện sẽ cảm ứng trong mach một dòng điện cố chiéu sao cho hiệu Ứng từ của nố chống lại sự biến thiên của từ thông. Trong mạch điện không cố trử kháng, thí du trong các vòng lầm bằng chất siêu dẫn hay trong quỹ đạo electron của các nguyên tử, dòng điện cam ting được bảo toàn cho đến c5 1111 ae Khi nào còn tổn tại từ trường M6 men từ do dòng điện nay sinh ra chính là mô men nghịch từ, DSi với các mẫu siêu dfn, chuyển pha siêu dẫn chính là vùng nhiệt độ xảy ra sự thay đổi cấu trúc và trật tự từ để vật liệu chuyển sang chất nghịch từ Phếp đo độ cảm từ (hay cồn gọi là Hệ số từ hoá) của chất siêu d4n là một minh chứng cho hiệu ứng Meissner và siêu dẫn là chất nghịch từ. Khi đặt một mẫu từ tinh trong từ trường tinh Họ song song với từ trường xoay chiểu h(t) = họexp(iut) (w là tẩn số gốc của từ trường xoay chiểu) từ trường tổng cộng tác đụng lên né là: 19t H = Họ + họe (1.
6) m 2 rhẩn: - TY độ H của mẫu sẽ gd M = Họ + mexpPli(wt - @)] (1. 7) Trong đố Họ là từ độ từ trường tinh, phẩn còn lại là từ độ ứng với từ trường xoay chiểu và là gốc lệch rha của từ độ đối với từ trường xoay chiểu. Hệ số từ hoá động rút ra từ (1.7) có dang: Xa = X'- ix" (1.1 mô tả mối liên ì hệ giữa từ trường xoay chiểu từ x ' độ, X’va X" [19]. 1-Lién hệ giữa h và m = lốc Trong nghiên cứu siêu d4n, dia trên đặc tính nay, người ta xây uo đựng nhiểu hệ do độ tử ned động để đánh giá chuyển pha sidẫnêthe sự thay đổi nhiệt độ [66], [71-74].
Hấu đo thường được đặt trong cuộn đây cố dòng biến đổi. Sự rim thuộc nhiệt độ của độ từ hoá 1am thay đổi hệ số phẩm chất của cuộn dây và do vậy thể hiện ở tẩn số rhất dòng biến đổi (76) hay S.đđ cản ứng ở cuộn dây thứ cấp [19]. Nếu nhí ở Khối xử lý, tín hiệu được đưa vào LocK-in hai rha để tách riêng biệt thành rhẩn đổng pha và vuông pha thi ta sẽ rhận được độ tán sắc X’ và độ hấp thụ X". a ⁄ a “ “ a Ø “ 1B- PHO QUA DO CÁC MỨC SAU TRONG BAN DAN (DLTS) $1- VAI TRO CUA TÂM SAU TRONG BAN DAN Trong các vật liệu bán dẫn thường xuất hiện các tâm sâu.
Chúng tổn tại z : 2 + ụ A 1 x Z nw ys x trong các tinh thể cố thể do ng4u rhiên Khi tạo mầu, có the la tat nhiên Khi pha tạp hay chiếu xa vào mẫu Song di có nguồn gốc từ dâu, các tâm sâu cố tẩm quan trọng rất lớn: chúng làm thay đổi nhiều đặc 3 Z a ` Z 2 x Lẻ trưng của các vật liệu. Nhiều dụng cụ bán dẫn chỉ hoạt động tốt Khi có cấc hạt tai đư Tâm sâu làm giảm thời gian sống và độ linh động của cắc hạt tải, dân đến phẩm chất của linh Hiện kém đi [10]. Transitor nhiéu tâm sâu cố hệ số Khuyéch đại déng rhỏ, tạp nội tăng và dong ngược lớn. Hột số điôt phát quang có hiệu suất phát sáng cao nếu quá trình tấi hợp là trực tiếp.
Sự tổn tại của các tâm sâu trong trường hợp này sé 14m giảm hiệu suất phat sáng của chúng [77]. Ngược lại một số điêt siêu cao tẩn lại cẩn thời gian sống của các hạt tải rất nhỏ, sự tổn tại của các tâm sâu lúc này lại là cẩn thiết. Các công trình - - 13 nghiên cứu trên transistor (9] và các cấu trúc bán dẫn khác đã chứng tô rằng các tâm sâu có anh hưởng rất lớn đến tinh chất và các thông số của đụng cụ ban dẫn. Vì vậy việc tăng thêm hoặc giảm bớt nổng độ của tâm sâu trong việc nuôi tinh thể là một vấn để thường xuyên được quan tâm của những người làm công nghệ bán dần.
$2- QUÁ TRÌNH DONG HỌC TREN CÁC MUC SÂU Khi có các mức năng lượng Ep ở trong vùng cấm sẽ cố chuyển dời không ngừng của các điện tử giữa các nức đó với các vùng năng lượng[5]. Tốc độ của các chuyển đời đó được mô tả bởi: x Tốc độ bắt điện tử bởi tâm sâu (bẩy ): Kn(Wp — np) x Tốc độ phát xạ điện tử từ bẩy : ©r.I x Tốc độ bắt lổ trống bởi tâm sâu : Kp np x Tốc độ phát xa 16 trống từ bẩy : ep(fp — np) Trong đố Np là nồng độ bẩy np là néng độ bẩy có điện tử, Kn là xác suất bẩy bắt điện tử từ vùng dẫn trong một đơn vị thời gian : Kn = Cn.n Cn là hệ số bắt điện tử từ vùng dấn. Kp là xác suất bẩy bắt 16 trống từ vùng hoá trị trong một đơn vị thời gian : Kp = Ch.p Cp : hệ số bắt lố trống từ vùhoá ntrị g n là nổng độ điện tử trong vùng dẩn p là nổng độ 16 trống trong vùng hoá tri Cn(p) = “n(p)' Yn(p) Opp là tiết diện bắt điện tử ( lổ trống ) 4 b(DU ca Vnp la vận tốc của điện tử ( 16 trống ) ®n= sØnvn Ncexp( (—(Ec-Er) /KT) ) (1.