Установка для измерения ФП в магнитном поле в геометриях Фойгта и Фарадея, ФМЭ, эффекта Холла и магнитосопротивления

§2.1. Экспериментальной установки.

            В параграфе описывается установка для измерения ФП в магнитном поле в геометриях Фойгта иФарадея, ФМЭ, эффекта Холла и магнитосопротивления.

            Для исследования ФМЭ и ФП в магнитном поле в геометриях Фойгта и Фарадея в температурном диапазоне 77¸300 К была собрана экспериментальная установка, блок схема которой приведена на рис. 2.1.

Исследуемый образец 1 в виде холловской структуры помешался в криостате 2, охлаждаемом жидким азотом, между полюсами электромагнита 3. Электромагнит питается от источника тока 4, дающего плавную развертку тока до 17 А, что соответствует индукции магнитного поля 2 Тл. Величина магнитной индукции измерялась при помощи датчика Холла 5 типа ПХЭ, питающегося от источника тока 6. Магнитная чувствительность датчика Холла составляла 77 мкВ/мТл при токе 100 мА с коэффициентом нелинейности 0.97% при B=2 Тл.

Датчик Холла укреплялся на полюсе электромагнита, а образец помещался в центре между полюсами, где однородность магнитного поля максимальна. Так как диаметр полюсов равен 75 мм, а расстояние между ними 40 мм, то неоднородность магнитного поля можно оценить по эмпирической формуле:  Тл, где d- диаметр полюсов, h – расстояние между ними. Рассчитанная неоднородность поля составляет 8´10^-4 Тл.

Сигнал с датчика Холла записывался на компьютере 7. При измерении эффекта Холла, магнитосопротивления и фотопроводимости через образец пропускался постоянный ток от источника 8. С целью уменьшения сетевых помех питание источника 8 осуществлялось от системы гальванических элементов. Температура образца датчиком температуры 9 на основе калиброванного угольного резистора ТВО-0.125, размещенного на держателе образцов. Датчики в виде таких резисторов являются наименее чувствительными к магнитному полю [[i]]. Надежность теплового контакта между образцом и держателем обеспечивалась с помощью термопасты. Температура регулировалась от 77 К до 300 К с помощью нагревателя 10 и стабилизатора температуры 11.

В положении №1 коммутатора К измерялся эффект Холла и магнитосопротивление. Сигналы с образца поступали на масштабирующий усилитель 12 и затем на АЦП компьютера 7. Для генерации неравновесных носителей заряда при измерении ФП и ФМЭ образец освещался инфракрасным светодиодом 13, питающимся от генератора переменного напряжения 14. Был выбран светодиод марки АЛ103, с длиной волны в максимуме излучательной способности λ=0.94 мкм и максимальной мощностью 1 мВт при токе 50 мА. Для всех исследуемых образцов выполнялось условие ad>>1, где a - коэффициент поглощения, а d – толщина образца.

Так как светодиод находится рядом с исследуемым образцом в магнитном поле, то было необходимо выяснить, как величина индукции магнитного поля влияет на излучаемую им мощность. Для этого были проведены измерения интенсивности излучения светодиода, помещенного в магнитное поле, с помощью фотоприёмника, размещенного вне магнитного поля. Измерения показали, что излучение светодиода постоянно с точностью 0.4% вплоть до максимального значения индукции 2 Тл.

При измерении ФМЭ ток через образец не пропускался. Измеряемый сигнал ФП или ФМЭ регистрировался с помощью синхронного детектора UNIPAN (15) на опорной частоте генератора и при положении коммутатора №2 записывался на компьютере. Различная ориентация образца по отношению к падающему на него излучению и магнитному полю (, , где  - направление светового вектора) осуществлялась поворотом держателя на 90°.

§2.2. Образцы и методика измерений.

            В данном параграфе кратко описывается рост гетероэпитаксиальных структур КРТ методом МЛЭ. Приводятся особенности приготовления образцов для исследований и контактов к ним. Описывается методика измерений.

            Исследовались образцы, изготовленные из гетероэпитаксиальных структур Cd_xHg_1-xTe (КРТ), где х – мольное содержание Cd, выращенных методом МЛЭ [[ii]]. Рост образцов производился на подложках из пластин GaAs ориентации (013) диаметром два дюйма, на которых последовательно выращивались буферные слои ZnTe и CdTe толщиной <0.1 мкм и несколько мкм соответственно. Рост структур начинался с состава 0.3¸0.4, затем на протяжении 1¸2 мкм он понижался до 0.21¸0.23 (состав «рабочего» слоя). Рабочий слой структур имел толщину 7¸10 мкм. Рост завершался увеличением состава на длине ~0.5 мкм. Во время роста состав непрерывно контролировался эллипсометром.