Определение времени релаксации носителей в полупроводниках с помощью частотных зависимостей фазового сдвига зондирующего СВЧ-излучения

Abstract

В данной работе предложена методика оценки времени релаксации носителей заряда в пластинках n-Si и n-Ge. В технически достижимом диапазоне частот 30–80 ГГц становится заметной зависимость диэлектрической проницаемости образца от частоты зондирующего излучения. Время релаксации τ оценивается по наклону зависимости частотного уменьшения диэлектрической проницаемости Δε от квадрата частоты, которая в этом диапазоне частот с достаточной степенью точности пропорциональна τ3. Значения Δε определялись с помощью интерферометра по величине сдвига фазы зондирующей волны. Для исследуемых образцов полученные значения τ находятся в диапазоне 0,2–0,8 пс. Аппроксимация полученных температурных зависимостей времени релаксации степенными функциями показывает, что наблюдаемое уменьшение времени релаксации описывается зависимостями τ = 7 · 10 –10T–1,34 для Ge и τ = 3,8 · 10 –10T–1,28 для Si. Наиболее вероятным механизмом такого поведения является рассеяние носителей заряда на тепловых колебаниях решетки. В сочетании с методами определения концентрации носителей заряда и удельной проводимости предлагаемая методика может применяться для оценки эффективной массы носителей заряда в полупроводниковых материалах в широком температурном диапазоне.