Nghiên cứu xây dựng hệ đo tự động các đại lượng phụ thuộc nhiệt độ trong vật lý chất rắn và ứng dụng .

vât lý chấtrẩn, đó ' I dô cam từ của các mấu siêu dẩn rửilêt độ cao vầ phổ quá dô DLTS trong ngíilẾn cứu v ật lý tâm sâu, Hai dại lượng này Không ríhữhgđại diện cho h ai Kiêu phu thuộc n

CHUCH0 i- VÀI NET VE HAI ĐẠI LUỌNG PHỤ THUỘC NHlệr ĐỘ

ĐUỌC QUAN TÂM TRONG NGHIẼN cứu VẠT LY CHAT RAN • ■ 9

12-Quá tr ìn h dông hoe trê n các nức sâu 13

§3-Cơ sở lý thuyết của phương pháp

CHUÔNG 2- HẸ ĐO ĐỘ CAM TỪ PHỤ THÜÇC NHlệr BỘ VA Áp DỤNG• • • • « * •

NGHI EN cỏu QƯÁ TOÌNH CHUYEN PHA SIBƯ DAN 192A- Hê đo tự động Kiểu mot biến SM90 19

2B - Úhg dung h ê dữ tr o n g n g h iên cứu 29 CHUÔNG 3 - HỆ ĐO ĐIẸH DƯNG VA DCHQ QUÁ ĐỘ THBD NHlỆr ĐỘ VA• • • • •

ÁP DÜN3 NGHIỀN cứu TÂM SAU TOONG CHAT BAN DAN 34

$1-Ẩrih hưởng của chiếu xạ trê n mệt số lirih Kiện bán dẩh 37

§2-Xây đựng hệ đo DLTS dùng điện đun« theo kỹ th u ât Boxcar kép 43

2. 4-Úhg đụng 66

§3-xây đựhe Ììệ đo DLTS đùng đòng theo Kỹ tlĩuât TSDB À-B 68

CHUONQ 4- NHŨNG VAN r e VE TO CHUC HẸ lự DÇHG KIEƯ • • « hai Biến

NGHIÊN cóu TẦM SÂƯ BANG FHUONG PHAP ĐIẸH DUHG DLTS 79

4A- Khai thác các thông số của tân sâu từ số liê u thu nhân

tr ê n hệ tự dộng h a i b iế n dạng C(t , T) 79

$1-Nguyên lý của hệ tư động hai biến dạng C(t, T) 79

$2-Phương pháp tách phổ trên hệ đo h a i biến ôi

$3-Fhương pháp Lang trê n hê đo hai biến 62

$4-Phương pháp Dich cửa trê n hệ do h ai biến 64

rtạru? hàm: F = F(x, y, z )

Trong đổ : F là đài lương cần đo

X, Y, z ỉà các thông sấ ảnh hưởng Trong rihiều trường ỉiơp, các thong số la i có sư F*1U thuôc lẩn rihau như X = x(y), y = Y (z ), z = z ( x )

Nhiêm vu của phương pháp đò nói chung cũng ríhư hê đo nói riêng

là xả lý các quan hệ đó và cuối cùng đưa r a những đại lượng có th ể đo đươc (điên áp, dòng điên, tần số ) dưới dạng ỉ

F - F(x) I

I y, z , = const

Trong nhiều các thông số ảrih hưởng, n h iệt đọ là mọt thông số dưạc các nhà v ật lý chất ran r ấ t quan tâm Nhiêt đô làm ảrih hưởng mạrih đến nồng độ h ạ t t ả i trong v ật liệ u bán dẩn điện, các dại lượng rihư độ dần

điện của vật liệu, đô lin h đọng - đai lượng phản ánh cơ chế tắn xa của

các h ạ t t ả i điện trong bán dẩn - đều Fỉiụ thuộc vào rìhiệt đô sự thay đổi rihiêt đô đến mot g iá t r i Tc nào đó sẽ làm phá vỡ t r â t tư từ của các v ật liệ u thuận từ Nhiệt dồ đó gọi là n h iệt đô Curie Đối với các

vật liê u siêu dẩn, khi n h iêt đô ctoơc ha thâp đến môt giá t r i tớ i han

Tc nào đó th ỉ xuất h iện hiện tượng điện tr ở không { R = o ) và vật

liệ u chuyên sang chất nghịch từ Tuy hai đại ìưạng này th ể hjện hai

'.rang th ài đỏc lâp với rứiau và cố các đãc trưng cơ bần riêng nhưngcirúiug đểu đươc quan tâm trong nghiên cứu vùng chuyến pha siêu dẩn Dối

v ó i Kim l o a i , n h iê t dỉô ảnh hưởng đến chuyển dọng n h iê t củ a mạng tir ih

th ể và do vậy arửi ĩttĩởng tớ i điện tr ở suất toàn phần của vật liệu

Nhiêt độ là tác nhân và hê quẲ trong các h iêu ứng n h iệt điên như Zeebeck, P e ltie r - các hiệu úng có nhiều ứng đụng trong thực t ế .Đối với các lirih Kiên bán dẩn sử dụng chuyên tiế p PN, n ỉũ êt đô làn ảrih hưởng đến dòng dò) dòng tĩn h và dẩn đến làm thay đoi cácthông số như tr ở kháng, công suất, tần số, hê số Khuyếch dại .Quá trìrih b ất và ptìát xạ các h ạt t ả i điện trê n các mức sâu cũng

là một đại lượng phu thuộc n h iệt độ Do quá trìrih này mà các đại lượng có liê n quan như điện đung, dòng quá đô t ạ i lóp chỉnh lưu chứa các mức sâu cũng Fini tixaôc rihxêt đọ

Thông số n h iệt đệ ảrih hưởng đến r ấ t nhiều dại lượng vật lý, son«

tự a trung lạ i, các đại iưọ*ig âó thường Fini thuôc rihiệt đệ theo hai

dạng chính, như sau :

* Dạng Fini th u ộc đơn đ iệ u : s = S(T).

Dạng này thường gặp trong các nghiên cứu về đô dẩn điên, dolin h động, tlịện tr ở suất, độ cảm từ

* Dang phai thuôc song hành với ttìời gian : s = S(t,T )

Dạng này thường gặp trong các nghiên cứu ĩtiổ quá đổ

Phép đo dai lương thuôc dạng thứ nhất đươc gọi là phép đo phu thuộc một biến số; phép đo dại lượng thuộc dạng thứ h a i dược gọi là phép đo Fini thuộc h ai biến số (goi t ấ t là : kiêu i biến, kiểu 2 biến)

_4_

ìưạng phu tliiôc rihiêt dô dươc quan tâm trong nghiên cứu vât lý chất

rẩn, đó ' I dô cam từ của các mấu siêu dẩn rửilêt độ cao vầ phổ quá dô

DLTS trong ngíilẾn cứu v ật lý tâm sâu, Hai dại lượng này Không ríhữhgđại diện cho h ai Kiêu phu thuộc n h iệt độ nói trê n nà còn có ý nghĩa

th iế t thực, thòi sư trong quá trình, nghiên cứu biên nay

Từ cuối năm 1966, công bố của G Bednorz tim r a chất siêu dẩn có

rihiêt đỗ chuyến pha 35 K và sau đó công bấ của p Cha với v ât liê u cố

Tc=90 K gây nên Irtột chấn động, một cuôc chạy dũa rầ n rô giữa các nhà

vật lý siê u dẩn, KỶ lục về Tc liê n tiế p xuất hiện và b ị íiiá vổ :

105 K, 123 K, r ồ i sau đố 125 K Đến đầu'năm 1994, có tác g iả cho là đã

có rhững dấu hiệu của Tc tớ i 160 K và 280 K

Một dtặc trưng cơ bần của các cihất siêu dẫn dó là hiệu ứng

Meissner (1933) : b T < Tc các dường cầm ứng tử b ị đẩy r a ngoài» nghĩa

là tử trường Không xâm nhập vào trong trạng th á i siêu dẩn

các đặc trưng điên tr ở Không và h iệu ứng Meissner dươc coi rihư

băng chứng cho môt chất tr ở thành siêu dẩn v ỉ vậy mà hê db các đặc

trứng này là r ấ t cấp th iế t dối với các nhà v ât lý và công nổhê.

Bên carih đó, trà o lưu nghiên cứu về sai hỏng do tâm sâu trong các

v ật liệ u bán dẩn điện vừa mang tírih truyền thống vừa có tín h thời sự

Val tr ò của các tâm sâu sinh r a trong quá tr ìn h chế tao hay chiếu

xạ trê n các vật liệ u bán dẩn dấ dược quan tâm và nghiên cứu từ lâu [59] Tuy rihiên, đến 1974, từ Khi công tririh của D V Lang đươc cống

bố [65], việc nghiên cứu tâm sâu băng FfioforiÄ pháp DLTS (Deep Level

T ransient Spectroscopy) tr ở nên Fhổ biến và r ấ t có h iệu quẩ:

Nhiều phòng th í nghiệm vật lý bán dẩn trê n th ế giỗi dã xây đựng hệ

áo PLTS và nổhiên cứa các thông s ế của tâm sâu theo kỹ tliuât này b

Việt nam, từ năm I960, dể t à i " Nghiên cứu sa i hỏng đi ẩn trong bắn đẩn

S ilic " dược d ặt trong Onương trirữ i Nhà nước 40-04 là một dể tà inghiên CÚM cơ bản định hưóng rihăm g iẳ i quyết các vấn đê' sẽ gặp phải Khi cỉróng t a tr iể n Khai các công nốhê chế tao v ât liê u Si lie cao cấp

và chế tạo các lin h Kiện phẩn chất cao với sự hoạt động của lò FÎW1 ứng h ạt nhân Đà lạ t, máy cấy ion của Z161, việc nghiên cứu sa l hongđiổn đẩ dược đẩy mạnh [2, 101 Đến nay việc nghiên cứu tâm sâu vẩntiế p tục dươc quan tânv th ể hiên qua đề t à i ttniôc cíhương tr in h nhànước KT-04-339 và đề t à i cap bộ B91-05-27 do Khoa vật lý Trứòng Đạihọc Tổng hợp Hà nộỉ dẫm nhận.• 1 I f

Trong hoàn cảnh đất nước còn nhiều Khó Khăn, đế thực hiện nhữngnhiệm vu trê n n*ic tiê u ban dầu h ết sức cấp tliiế t là xây đựng các hệ

<fo DLTS bẩng các v ật tư có sắn trong nước, các hệ tự th iế t kế dó pỉiảibao dầm dươc nhưhg yêu cầu KỸ thuât rihư dô nhay, đọ chírih x ác cần

th iế t cho mật hệ đo Fhổ

Hơn nữa , yêu cầu ứng đụng cấc thành quả của ngành t i n học vàoquá trìrih thực nghiêm ngày nay đật r a rihiệm vụ C Ỉ1 0 các hệ đo là phải

á tơ c■ tư I đông ho á Nhờ • ưu đi ổn của tư • đông hoá mà hê sẽ cho phép mỉ* • • *rông phân tíc h k ế t quả theo nhiều cách Khác rìhau [5 ], Trên cơ sơ này

có th ể so sárih lựa chon hệ đo F*ùì hợp với từng yêu cầu cụ thể, rihẩmđạt hiệu quả cao rihất trong quá tr ìn h nghiên cứa

Công việc xây đựng hệ đo chuyên đụng này Không chỉ liê n quan đến quá trìrih vât lý của dối tương mà còn liê n quan tớ i lĩrih vực v ật lý

Kỹ tỉiuằt nói chung và điên tĩt hoc nói riêng.

6

3- xây dựng hệ đo DLTS analog (đùng dòng) sử đụng Kỹ thuât tách sóng

đổng bộ A-B trong nghiên cứa vật lý tâm sâu.

4- Hiêu chảnh hê đo DLTS (dùng điên dung) tự dông Riếu hai biếnC=C(t, T) và Kiếm nghiệm các phương pháp Khai thác số liệ u trê n hệ5- sử đựng cấc hê đo trong nghiên cứu

Bần luân văn dươc v iế t thàrih 4 chương với các vấn đề cu th ế sau :Qïiiong I tr ỉn h bầy một số n ét về h ai dại lương được quan tâm trong nghiên cứu vật lý chất răn : Đô cảm từ tron« nghiên cứu siêu

dần n h iệt đỗ cao và vtiẩ quá đô các tâm sâu trong vât liê u toán dẩn.Chcưang II trình, bày quá trìrih xây đựng hệ tự động đo đọ cảm từ của

các Tíểái siêu dẩn rihlêt đọ cao và sût đụng liệ trong nghiên cứu.

Chương I I I mô tả rihững ý tưởng chính của kỹ thuât đo DLTS trong nghiên cứu tâm sâu và dựa trê n dó xây đựng h ai hệ đo : điện dung DLTS

và dòng DLTS analog từ những lin h Kiện rò i rạc trong điều Kiên Việt nam Chương này trìrih bầy chi t i ế t về các công việc hiệu chỉnh hoại đọng crủa hệ, cải th iện chất lượng hệ dò, sử dụng hệ trong nghiên cứu.Chương IV tr ìn h bầy về các phương F*iáp Khai thác số liệ u trê n hệ

tự độn* h ai biến C(t,T) : Rutong pháp Tách phổ, Lang và Dịcìi cria Hộtt a « *

hê đo ba chiều [5ibi i, 5] dược h iêu chlríh, bể chính để kiêm nghiệm cấc

Fhutang phiip nóỉ trên, Trong chương này, môt số đê' nghi cải th iên hê đo

h a l b iế n dược dưa r a nhăm nâng cao độ c h ín h xác của các k ết quả.

FhuAone ptiáp thni nhân t í n hiêu Riêu h ai biến có rihiều ctăc điếm ưu việt, dầc b iệ t có hiệu quả cao về mặt xử lý số liê u trê n hệ do tự động.các hê đo nói trê n đã góp Fhần trong quá trìrih thức hiện các đề

t à i của Nhóm nghiên cứu tâm.sâu thuôc Khoa vât lý Trường Đại học Tổng họt> Hầ nội [2, 5, 10] xét về Ftniơng diên tô1 chức hê đo, các công viêc được tiế n hàrìh từ các hệ analog đến các hệ tự dọng, từ hệ tự (tông một biến đến hê tự đông h ai biến số xét về phương diên ứng đụng, có th ế dùng hệ trong nghiên cứu vât lý các tâm sâu, vât lý siê u dẩn rihlêt đô cao yà các pỉiép đo đai ìưạng Fhli tlmôc ritiiêt đô trong nghiên cứli vật

lý chất ran nói chung với sư điều chỉnh th íc h hợp trong những hoàn canh cụ the

công tr ìn h này đấ dược tiế n hàrih từ năm 1980 đến năm 1993 t ạ i BỘ môn v ât lý Chất rain, BỘ môn vât lý Đại cương, Khoa vật lý Trường Dai

học Tong hợp Hà nội và Phòng th í nghiêm vât lý Nơtron Viên liê n hiệp nghiên cứu h ạt nhân (JINR) Duina, Liên bang Nga

6

-t h n ô i n g à y iO -th á n g i i nẳm Ì994.

M f l c I 1 VÀI NET vỂ HAI DẠI UXJNQ phị ; thuộc N n ệ r ĐỘ

DUỌC GỊUAN TAM TRGNQ NGHIỀN cúu VẠT LY CHẾr ran IA- ĐỘ CAM lủ

DỘ cầm từ X (tr ê n mệt đơn v ị th ể t íc h ) ổbiọc đ ịn h n g h ĩa bẩng t ỷ s ố

M

H tro n g đó H là mô men từ củ a đơn v ị t h ể t íc h v à thường dược g o i là độ

từ hoá, H là cường độ từ trường n g o à i.

N goài cá ch đỉrih n g h ĩa đô cảm từ tr ê n đơn v i th ể t íc h , người t a cũng thường dùng Khái niệm đọ cầm từ tr ê n đơn v ị K hếl lượng h a y tr ê n moi (đô cam từ phân t ầ gam) Khi đó người t a dùng k ý h iê u Xịị.

Những c h ấ t có đô cầm từ đương g ọ i là c h ấ t thuận từ Những c h ấ t có

đô cảm từ âm g o i ỉà c h ấ t n g h ich từ.

Nếu tro n g c h ấ t thuận từ có một tương tá c nào đó làm cho c ấ c ĨTÔ men từ nguyên tử v à mô men từ io n d in h hướng th e o m ệt hướng xác đ ìn h

t h i t a s ẽ có c h ấ t s ắ t từ ĐÓ là cá c c h ế t có mô men từ tự F iiát ngay c ả Khi Không c ó từ trường n g o à i G iả t h i ế t rẩng tồ n t ạ i một tương tá c như v ậ y v à g ọ i tương tá c đó l à do một trường nào đó g ọ i là trường

W eiss Trường n ày còn dược g ọ i là trường ĩtiâ n t ủ h a y trường tr a o đ o i.

ĐỘ từ h o á bão h o à Hs được xắc đ in h bẩng mô men từ tự p h á t của đơn v i

t h ế t í c h củ a mấu c h ấ t Đ iẩn C u rle Tc là r ih iệ t đ 8 nà k h i T > Tc t h i đọ

từ h o á tự p h á t s ẽ b iế n mất Trong vùng thuận từ của c h ấ t s ấ t từ , độ cảm từ dươc cho b ở i đinh, lu â t C u rie-W eiss :

10

-c

T - Tc

a đây c là hẩng s ấ g ọ i là ỉiầ ie s ế C urie.

B iểu th ú c n ày d iể n t ả r ấ t đúng đấn sư b iế n th iê n củ a độ cảm từ quan s á t được tro n g vùng T > Tc củ a c á c c h ấ t s ắ t t ù

Khi làm lanh, c h ấ t s iê u dẩn tro n g từ trường H xuống đưới n h iệ t đọ

t ớ i han Tc t h ì c á c đường cảm ứng từ b i dẩy r a n g o à i c h ấ t s iê u dẩn

H iên tượng này đươc g o i là H iêu ứng M eissn er Khi đó :

H (n ội t a i ) = H (n goài) + M = 0 (1 3)

Độ cảm từ X - H/H = - i ( i 4)

H iệu ứng n ày cho b iế t : Chất s iê u dẫn b iể u h iệ n rihư c h ấ t

nâhicíh từ lý tưỗng.

Theo b iể u thứ c L an gevin v ề đô cảm n g h i ch từ cô chú Ý đến rifröng

h iệ u G h ír ih do nguyên lý P a u li, độ cảm n ế h lc h từ tr ê n đon v ị t h ể t íc h

có dạng :

2

tro n g đó z : s ố e le c tr o n

N : s ố nguyên tử tro n g đơn v ị t h ể t íc h

T ín h n ế h ic h từ có l i ê n quan đến xu hướng củ a cá c đ iệ n t í c h muốn

ch e b ớ t Fhẩn tro n g củ a v ậ t th ể Khỏi từ trường n g o à i Từ lý th u y ế t

đ iệ n từ th e o dịrih lu ậ t L en tz, mọi b iế n t h iê n từ thông qua mạch đ iệ n

s ẽ cảm ứng tro n g mach mot dòng đ iê n có c h iề u sa o cho h iê u ứng từ của

n ó chống l ạ i sự b iế n t h iê n củ a từ thông Tron« mạch đ iệ n không có tr ử kháng, t h í đu tro n g c á c vồng lằm bang c h ấ t s iê u dẩn h ay tro n g quỹ đao

e le c t r o n củ a c á c nguyên tut, dòng đ iệ n cẩm ứng được bẳo to à n cho đến

k h i nào còn tổ n t ạ i từ trường HÔ ¡nen từ do dàng đ iệ h n ày s in h r a

c h in h là m3 men n tữ ilch từ.

Đ ối v ó i c á c mẩu s iê u dẩn, chuyển rtaa s iê u dẩn ch írih là vùng r ih lệ t

độ x ả y r a sự th a y d ẩ i cấư tr ú c v à t r ậ t tự từ d ể v ậ t i i ệ u chuyển sang

c h ấ t n g tiic h từ Fhép đo độ cằ n từ (hay còn g ọ i là Hệ s ố từ h oá) cua

c íiấ t s iê u dân là Iriật m inh chứng cího h iệ u ứng M eissn er v à s iê u dần là

c h ấ t n ếh ich t ừ

Khi đ ậ t ỉriột mẩu từ tírih tro n g từ trường tĩr ih Họ son« song VỚI từ trường xoay c h iề u h ( t ) = họexpdurt.) ( 0> là tầ n s ế góc củ a từ trường xoa y G hiềủ) từ trư òng tố n g cộng tá c đụng lê n nó là :

Trong đó Mo l à từ đọ từ trường tĩrửi« phần còn l ạ i l à từ dô ứng v ớ i

từ trư ờng xo a y c h iề u v ầ Ỷ là góc lệch Fha củ a từ đọ d ố i v ó i từ tn tò n g xoa y c h iề u Hệ s ố từ h oá động r ú t r a từ ( i 6 ), ( i 7) có dạng:

pha v ó i từ trường xoay c h iề u (dô

tíấp tiiu ) Hìrih 1 1 m& t ẩ m ếi liê n

h ệ g iữ a từ trư ờng xoay c h iề u , từ

đọ, X 'v à X" [19] H inh i 1 -L iê n h ê g iữ a h v à m

h ê s ấ phẩn c h ấ t củ a cuôn dây v à do v â y t h ế h iê n b tầ n s ố p hát dòng

b iế n d ể i [76] h a y s d đ cảm ứng ơ cuộn dây th ứ c ấ p [19] Nấu như Cf

K hếi xut lý , t í n h iệ u dược dưa vào L o c k -in h a i pha đ ể tá c h r iê n g b iệ t

th àn h Ffriần đổng Ftia v à vuông pha t h ỉ t a sẽ rihận dược độ tấ n sấ c X' v à

độ hấp th ụ X".

iB- PHD GỊƯÀ ĐỘ CÁC Mốc SÀU TRONG BAN DAN (DLTSI

*1 - VAI TRÒ CỬA TÂM SAU TRONG BAN DAN

Trong c ấ c v ậ t l i ệ u bán dẩn ttnïcmg x u ấ t h iệ n c á c tâm sâu Qráng tổ n t ạ i tro n g c á c tir ih t h ể có t h ể do ngấu rihiên Khi ta o mầu, có t h i là t ấ t

n h iê n k h i Fha tạ p h a y c h iế u xạ vào mầu Song đù có nguồn gốc từ dâu,

c ấ c tâm sâ u cổ tầ n quan tro n g r ấ t lá n : chúng làm th a y đ ổ i rih iếu dặc trư n g củ a c ấ c v ậ t liệ u N hiều đụng cụ bắn dẩn c h ỉ h o a t động t ế t Khi có

c ấ c h a t t ả i đ ii Tâm sâ u lầm giảm th ờ i g ia n sống v à đô lir ih động củ a

cá c h ạ t t ả i , dẩn đến Ftiâm c h ấ t củ a lir ih K iện Kém đ i [ 1 0 ] T ra n sit o r

n h iề u tâm sâ u cố h ê s ổ Khuyếch đ a i dòng nhỏ, tạ p n ô i tă n g v à dòng n&iỉơc lổn Môt s ố < tiôt Fhflt quang có ỉiiê u su ấ t phát, sáng cao nếu quá

t r in h t á i hợp l à tr ứ c t iế p , sư tồ n t a i củ a cá c tâm sâu tr o n g trường hợp n ày s ẽ làm giẫm h iệ u su ấ t p h át sáng củ a chúng [77] Ngược l ạ i một

s ố đ iô t s iê u ca o tầ n l ạ i cần th ờ i g ia n sống củ a c á c h ạ t t ả i r ấ t riho,

sự tồ n t ạ i củ a c á c tâm sâ u lú c n ày l ạ l l à cần t h iế t , c á c công tr ìr íh

n g h iên CÚM tr ê n t r a n s is t o r [9] v à c á c cấu tr ú c bán dẩn khác đã chứng

tồ rẩng c á c tâm sâ u có ầrửi hưởng r ấ t lớ n đến t ín h c h ấ t v à cá c thông s ố

cu a đụng cu bắn dẩn v ì v â y v iệ c tă n g thêm h oặc giảm b ớ t nống dô củ a tâm sâ u tro n g v iệ c n u ô i tin h th ế ỉ à một vấn để tiiưòng xuyên dược quan » • ■ tâm củ a ribững ngư ời làm công nghê bán dẩn.

$2- QUÁ TRÌr« ĐỘNG HỌC TRẼN cÁc MỨC SAU ■ t

Khi có các nức năng lượng EJp è trong vùng cấn, s i có chuyển dời

Không ngừng cua cấc đỉên tử giữa cấc núc đ ó V Ớ I các vùng năng lượng [5] Tốc đô của các chuyển dời đó dược mô tả bởi:

K Tốc đọ b ấ t đ iệ n tử b o l tâm sâu (bẩy ) : Kn (Hj< — D j)

K Tốc đô phát xạ điện tử từ bẩy : en nji

* Tốc đô b ấ t lo trố n g bơi tâm sâu : Kp nj>

* Tốc đô F hát x ạ l ế trố n g từ bấy : e p (Nr — rvp)

Trong đỗ ÜJI là nồng đô bẩy

rỵr là nồng độ bẩy có điện tử

Kn là xác suất bầy bất điện tủ từ vùng dẩn trong một

đơn v ị thời gian : Kn = Cfï nCf! là hỗ số b ất điên tử từ vùng dẩn,

Kp là xác suất bầy bất lo trống từ vùng hoá t r Ị trong mộtđon v i thờ i gian : Kp = Cp p

14

-Vjjp lá vân tốc của đ iê n tử ( lo trống )

gơnvn Nçexp ( (- (Ec~Br> /Kĩ) ) (1.9)

$3- Cơ SỞ LÝ THUYET Của PHXW3 PHÁP PHD quẤ ĐỘ CÀC TÂM sau (DLTS)

3a- Cơ sở lý thuyết của phương pháp diện dung quá dô.

ĐÔ lấp dầy điện tử của tâm sâu b i Kích th íc h ( do rihiệt, điện hoặcquang ) sẽ tr ở la i trang th á i dừng khi tỉiôi bi kích th íc h [65] Trongquá trình, chuyến tiế p đó, điện tử trê n các tâm sâu bỊ thay đổi và được

mô tả bởi phương trìrih (i ií) Môt trong các cách làm thay đổi đô lấpđầy điện tử của tâm sâu là đùng chuyển tiế p P~N hoặc hàng ràoSchottKy Trong các phép đo điện đung quá đô, người ta thường đùngchuyển tiế p p -H hoăc đ io t SchottKy loai N Khi tâm sâu nần ở nửa trên

vùng cấn hay dùnổ chuyên tiế p loại N -P hoãc đ io t Schottky loai p Khi tâm sâu nần ở nửa dưới của vùng cấn

v ớ i một chuyên t iế p p -N có tâm sâ u nần ơ rnia tr ê n vùng cấn, đ iệ n đung tr ê n jnột đơn v ị d iệ n t í c h cu a lớ p ngăn dược cho b ố i:

L 2(V d±V) J Trong đó : là t h ế Khuyếcli tá n

±v tương ứng là th ế ĩtiâ n cực ngươc v à thuận

Ni là nấng độ io n tro n g lợ p ngăn.

Từ (1 12) v à ( i 13) có U iề th ấ y đ iệ n đung củ a lộ p chuyển t iế p th ể

h iệ n núc đô lấ p dầy đ iệ n tử của tâm sâu.

Trong trường hợp tâm sâu là bấy đ iê n tử : en >> ep, phương tr ìn h { 1 i i ) t r á thành :

t i ế t d iệ n b ấ t đ ỉệ n tử ơn, năng lượng tâm Bp.

3b- Cơ sở lý thuyết của pỉiưcng pháp dòng quá độ.

cũng g iố n g như phương pháp ph ổ đ iê n dung , tro n g Phương Ftoáp F*iổ dòng quá độ, người t a cũng sử đựng các cấu tr ú c bán dẩn dạng N -p ,

t ạ l miền chuyến tiế p , sự ỉỉiay lo i trạng th á i t íc h diên của vùng quá độ dược c o i là sự thay <foi đ iện đung của một tụ d iện hoăc dòng d iện cua một roạch Kín chứa vùng đ iện t íc h Không gian [Sỉ] Phố dhi nhân sự thay đổi của dòng d iện này chính là F*iổ dons quá độ.

Dựa v ào sự Fhân t í c h củ a Sah C T [69} d ố i v ố i đ iệ n đung quá đô, ngư ời t a đã tim dược b iể u thứ c dòng quá độ nhai l à hàm củ a th ờ i g ia n tro n g mot cấu h ìn h cụ th ể Đe g iã i b à i to á n n ày cần g iả t h i ế t :

» Cấu trú c bán dẩn là b ấ t đối xứng.

M Xung fftân cực có đô d à i tp đả nhỏ.

M Hổng đô tâm sâu r ấ t nhỏ so v ớ i nông độ đôno : %><< Nj).

Tà đó t a có th ể g iả i phương tr ìr ih P o isso n đ ề tìm sự b iế n th iê n củ a

c h iề u dầy vừng đ iệ n tíc h Không g ia n th e o th ờ i g ia n Dựa vào phương

tr ìn h , đông hoe củ a tâm sâ u , g iầ n ước những k ế t quả tro n g đ iề u k iê n

t h í nghiệm , t a có t h ể nhân đươc b iể u thứ c đ ố i v ớ i dòng quá đô:

= Jftciv» 6xp(~6r)(t~tp) ) (1 18)

Nhöns k ế t quả tr ê n cho phép chúng t a th ấ y rẩng, sư su y giảm th eo

th ờ i g ia n củ a đ iệ n đung cũng rửiư đòng quá độ là sự su y giầm th e o hàm

mũ Trong dường Fhổ củ a dòng quá đô (1 16) cũng chứa đầy đủ cá c thống

s ố cơ bản củ a tâm sâ u rihrư đường đ iê n đung quá độ ( i 15).

Phương pháp dòng quá do ă iơ c dòng v ớ i bần dẩn cố đ iê n t r ở su ấ t lớ n

cò n phương pháp đ iệ n dung quá đọ được dùng v ớ i bán dẩn có đ iệ n tr ở

18

-su ấ t ribo Những c h ấ t bán dẩn được c h iế u x ạ mạrửi hoặc bán dẩn chứa tâm• • • ■

sâu có <íặ rộng vùng cẩm lớn tiiíc h họp v ô i phiĩơns pháp đo dòng hon là

v ớ i phương ĩỉiáp đo điện dung.

Rautong pháp đo đòng c ó đọ nhay Không ca o bẩna ĩỉiư ơng pháp do đ iệ n

đunM rihưru? đọ phân g iả i cu a ĩta ỉo n g pháp do dòng l ạ i ca o hơn nên

Ftntong pháp do dòng có rihiều ưu t h ế k h i cần tá c h đỉrih [ 2 1 ].

Môt vấn d ề đ ấ t r a là từ những đường Fhồ quá dô đó, cần p h ả i sut

dụng Kỹ th u â t t h íc h hợp d ể Khai th á c những thông t i n v ề tâm sâu Một

tr o n g những ĩtođơng pháp Khai th á c h iệ u quả cá c dường cong quá đọ này

đó l à phương pháp củ a D V Lang [65} v à dược g ọ i là k ỹ thaiât DLTS.

Ngày nay, r ấ t n h iề u Fhonö t h í nổhiệm toán dần tr ê n t h ế g iớ i xây

dựng h ê đo n g h iê n cứli tâm sâu th e o Kỹ th u â t DLTS.

2A XẲY DỤNG ! Ị: ĐO Tự ĐỌNa SM90 [Tồ]

Để Khảo sá t quá trìrih chuyển F*ia siêu dẩn của các mẩu siêu dân

r ih iệ t dô cao, người t a sử dụng rih ìều phép đo d ạ i lượng Ftau th u ộc

n h iệt (tô ni-aĩ diện trơ, dô cam từ' sđct ZeebecK I trong đó h ai dạilượng điện tr ở và đọ cảm từ dược quan tâm rửiiểu nhất

Dặc b iệ t trong trường hợp nghiên cứu các mấu Khối có Kích, thước Khá lân và các mầu bôt, phép đo đô cảm tử có ưu điển cung cấp thôn«

t i n tron« lòng chất siê u dẩn trong Khi phép dò điện tro' chỉ cho b iế t

tỉiông t i n trê n bề mặt mẩu Riềng đối vói các mẩu bôt, itiép đo đô cảm

từ chứng tỏ ưu th ế hơn hăn trong việc cung cấp thông t i n cần tĩiiế t cho các nhà chế tạo tnẩỉi đárửi giá chất lương, sản phẩn mot cácỉi riharih chóng, t i ế t kiệm chính xác Chính vl lẽ đó mà chúng tô i chọn đại lượng do cảm từ để xây đựng hê đo tư đông Đây là hê đo tỉm đong, Ểhi

rihân đon điệu giá t r Ị tần số (hay biên độ) tỷ lê với đo cảm từ của các

mẩii siêu dán theo sư thay đổi của n h iệt đọ

Do riftu cầu cẩp bách trong cuộc chạy đưa nghiên cử i của các nhà công nghệ tạo mẩu, do giỗi han về thời gian xây dựng hệ, một nục tiê u đật r a cho chúng tô i là phải rihanh chóng th i ế t kế, lắp dặt và vận hành

hệ trong một thời gian ngấn để đárih g iá sơ bô đirih tírih phâm chất các mẩu siê u dẩn, làm cơ sở cho việc điều chinh công nghê cũng rihư tiế p tụ c nghiên cứu cơ ban trê n chúng Trên cơ sè c á c Khối điện tử chức năng, hệ đã được xây dựng, điều chinh và dưa vào hoạt dọng (1990) dê’ Khảo sá t chuyển fila siêu dẩn của r ấ t rihiều mau Khối, mẩu bôt dược

chế tao bởi rihóm nghiên cứư siếu dẩn rihiệt đỗ cao, Viện Liên hiêp nổhiên cứu h at nhân Dúbna, Liên bang Nga (JINR)

¿o

-*1- NGUYỀN LÝ ĐO:

Hệ được xây đựng đựa trẽ n nguyên lý như sau:

Hấu siêu đẩn dươc dặt trong môt cuộn dây có dòng diên biến doi đi qua Tần số, biên đô của đao đông trê n cuộn dây Fhụ thuộc vào hệ sế phẩn chất, độ tự cảm của cruộn dây có lõ i là mấu siêu dẩn t ạ i một nhiệt■ * • # * •

dô nào đó.*

Nếu thay đối n h iệt đô lõ í qua vùng ribiêt đô tớ i han Tc (nơi có xảy

r a quá tr ìn h chuyến Ffaa siêu d in ), th ì tần sế, biên đô của dao đồng trê n cuôn dây cũng th ể hiên quá tr ìn h chuyên pha, cố th ể quan sá t dươc trê n máy tần số kế hay oscilloscope, có th ể ếhi được trê n máy tự ghi

h ai tru c (môt tru c là biên đô, môt truc là rihiết dô)

Tóm lạ i, trong hệ đo SM90, t í n hiệu ghi nhận có dạng s = S(T), đó

là dai lương tỷ lê với đô cảm từ X của các mẩút siêu dẩn rihiêt đô cao

Cụ th ế đó là tần sế: F = F (T), biên độ ỉ A = A (T) Các dường tí nhiêu F, A, T dược ghi nhận trê n máy tín h điện tử thôn« qua hệ CAMAC

- hệ chuẩn ghép nối Việc ghi nhận được thực h iện tlieo rihip thời gian đăt trước [61]

Hệ SM90 là hê đo tư đọng kiểu FỈIU thuôc một biến số, dạng t í n hiệu

S - S (T), ghi nhận đơn điêu, thụ dọng

$2- Sơ Đổ cẮc KHốI CHÚC MANG:

căn cứ vào nguyên lý trên, chúng tô i đã xây đựng hệ đo theo sơ đô'Khối trìríh bầy tr ê n Hìrih £ 1 [70]

(Xin xem trang bến)

x Khoi AG la khoi dtciu do dong thoi lä khoi chu chot cua h i do.

Khoi nay y§u c£u cac nguon nuưi: ± 15V, + 6V - 12V, OV - 12V Do

la mot may tii phat on ctinh cao, svL dung cuon day do trong mach, dao

d6ng [36], M^u si&u d&i cän quan sä t dS cam tü trong vung chuygn Fha

si£u dan dtdefe dät trong long ong däy do.

Trthi lo i r a 1 Ta co thf? quan sä t diiqfc s\l thay di>i tän s# F cua may phat theo stf thay d£?i nhi£t d6, dong thoi tr€n lo i r a 2 t a co the?

quan sä t dbctqc sii bilin doi cua bien do dao dong A theo sU thay doi

nh iet d6 (Fhlin chi t i ^ t dttoc tririh b^y sau)

T&i so trung blnh cua may Fhat vao co 10 MHz trong qua tr in h docac rreüu Trong trang th a i si§u d£h, miu co xu ftiiong d£y cäc duong sijtctit r a phi a ngội lam h§ so t\f cam L cua cuon day giam din den tan so dat giä t r i max bao hộ

Bien do dao dong A dlioc di$u chirih d^ g iä t r i tr&n lcii r a P dat

g iä t r i trong Khoang 0 - 4V, Fhu hop vdi müc däu väo a lo i II cua Khoi

bien doi ADC

Voi chute nang lam v ile rihtf tre n cua Khoi AG, chung ta co the xäy riifng he do ghi rihän tre n ttf ghi h ai true voi tru e Y la t i n hieu läy tvi lo i r a 2, tru e X la dufong do rih ift d6 cua mau

-aa-Sơ d ï nftiï vậy vi ctning tS i đã quan sá t trê n rihiều mấu đo và nhận

thấy dạng dtmyên Ịiia siêu đẩíi của t í n hiệu F và t í n hiệu A là hoànt.oàn tiiong th ích với nhau* Nếu xây đựng rihư vây, chúng ta sẽ có hệ đo

đo cảm từ analofl Hê analog cho đường chuyển pha siêu dẩn t a i rihiêt độ

tớ i hạn Tc của mau, tuy rihiên hê analog còn b i han chế trong XUÍ lý số

liệu, <lậc b iệ t là sự th iếu chírìh xác cộng với sự căng tháng của ríhàtíiưc 'Ìghiêm trong Fïiép cto rihiệt đô Hê SM90 cho phép thu các số liệ u

A, T, F trực tiế p vào máy tính, cho Kha năn« thuận tiệ n trong xử lý

sế liêu.*

# Khối F là môt máy đo tần số d ig ita l với 12 d ig it (Fq 3-35A) Tẩn

số trê n lố i 1 của Khối AG dược quan sát trê n tần Kế F, đổng thời ở máy này có lố i chuyến t í n hiệu số nên dế dàng nối t í n hiệu tần số sang Khối đệm B đế nếi vào CAMAC Khối B là thanh ghi sế liệ u (KF005)

chuyên đụng dược th iế t kế để lưu giữ và truyền thông t i n số vào máy tínih thông qua đường truyền số liêu của CAMAC (bus),

* Khối T là Khối Khuyếcỉi dại tín hiệu từ đầu đo rihiệt độ mẩLL Hiời gian đầu, chúng tô i sử đụng đầu đo n h iêt đô đùng rihiệt trỏí Sau rrìot t-hời gian thử nghiệm trê n nhiều phép đo, kết quả cho thấy sử đụng loại đầu đò này vừa Không thuận tiệ n (phải cấp dòng qua rihiệt trở) vừa chỉ

th i không chinh xác n h iệt đô thưc của mấu v l kích, thước rihlệt tr ở Khá lớn, ảnh hưởng đến tiế p xúc rihiệt cũng như cân bang n h iệt giữa mẩu và đầu đo Chúng tô i đẵ thay đầu đo rihiêt dọ nh iệt trở bẩng căp nhiêt điền Cu - Constant, Do t í n ĩiiêu n h iệt đô (sđđ ribiêt điên) trê n cấp

n h iệt điện này r ấ t rihỏ (cỡ 20 ụv/độ ơ gẩn rứiiệt độ Nitơ lỏng và đầu so sánh ơ n h iê t đô Ni tơ lỏng) nên Khối T đươc chon là khối Khối Khuyếch

đai t í n tiiêu rihỏ môt chiều có hê số khuyếch đai K = 2000 U tu íc t ế cho thấy, vói hệ số K như vậy, các đường thu được có độ phân g iả i c ẩ n

trong v ìê c quan sá t đánh g iá chất lương s iê u dần.

* Khếi ABC là Khối biến đổi analog - d ig ita l IS b ít chuyên đụng đế tỉm Tiliân các t ín h lêu analog vào CAMAC [4Ỡ,44] Khối này có h a i lố i

vào dược sả đựng rihư sau: Lối vào 2 được n ế i vớ i t ín h iệu dò b iên đô

A từ khối A3, Lối vào i n ốl v ớ i T lầ dường t ín h iệu do rihiệt độ Nhờ

một công tấ c chuyên dối (dược điều Khiển bẩng lệnh NAF) , các t ín h iệu

A và T dược ghi lạ i trên MT sau Khi dã dược s ố ho£• • •

* Khối IM là Khối b in h mẩu (Dewar) của hệ đo, trong đố dặt cuộn

dây cỉhúa mấu chiu tấc dộng của sự thay dồi rihiệt đậ ĐỂ? trárih ảriti

hưởng của dòng xoáy, cỉiúng tô i đã th i ế t kế cần mầu, buồng mẩu bẩng

các vật liệ u Không từ tín h như dồng, thép Không r i Buồn« mấu cố dạng

trụ , Khoét rong ở giữa dế đật cuộn dây, làm bẩng đổng dể cô rihiệt

đang lớn dam bảo cho sự thay đổi rihiệt đọ xảy r a dủ chậm Trong Khối

đồng có bố t r í điên tr ở công suất để tăng tốc đọ làm nóng mẩu Khi cần

có th ể mở buồng mau de dàng rihờ hê thống gá lap bang den, t huần tiê n

cho việc thay th ế mẩu đo và gắn cặp Iiiiệ t điện đo rihiệt đọ có h ai

loai mấu dươc đùng ríiẩ biến là mấu Khối và mầu bôt Dối với mấu Khối,

việc đo rihiệt đọ được thực hiện qua việc gắn thăng đầu đo lên mẩu

Đối vởi mẩíi bột, có h ai cách đo:

- Đổ mấu vào một ống nhôm hìrửi trụ ống nhôm dươc đặt vừa trong

lõ i của cuộn dây đo Việc đo rihiệt độ mầu dược thực hiện qua việc gắn* * ■ • I I « * I

đầu đo lên mặt nhem của ống chúa mấu

- Trôn mau vào trong một chất Keo dẻo và tạo • * • dáng hỉnh tr ụ cố thểr

đặt vừa trong lõ i cuộn dây đo Xuyên đẩu đo rihiệt độ vào giữa chất

keo dê’ xác địrih rihiệt độ mau đo

Cuộn dây <fo được cuốn ở dạng xôlenoit một lóp dây Gtưêu dài của• • • •

cuộn dây cỡ 3 cm được tạo thành từ dây đồng <i> a i , 5 nm cuộn x ít với

Khối dầu đo cùa hê SM90 (Khối AG trê n Hình 2 1) là Khôi chủ chốt, quyết đinh chức năng vật lý của hệ đo nên hoat đông của các Khôi điện

tii trong đó cần được khảo sát, điều cíủrih Kỹ lương.

Sơ đẩ Khối và chi t i ế t của Khối AG dược mS t ẳ trê n Hình 2 2 và 2 3.Khối phát tạp dao đ8ng với cuôn dây db đươc mắc rihư mot phần tủt trong mach phản hồi, làm xuất hiện dòng điện biến đổi qua cuộn dây Tẩn số dao đổng phu thuộc chủ yếu vào số vòng của cruôn dây đò và vật liệ u trong lõ i cua cuộn dây, Khối Khuyếch đại cho phép điều chỉnh dươc hê 3ố khuyếch đai trong mốt phạm vi hẹp, có đô ồn rihỏ Khối quay pha và phản hổi cho phép điều chỉrih Fỉia và đô phản hồi tr ở vế khối Filât Trên Khối FỈiấn hồi có lố i điều, chỉnh chế đô phát tế i ưu nhất

Như vậy, tần số dao động Fini thuộc vào đẩu đo (cuộn dây và mấu đo) Biên đố dao đọng phu thuôc và hệ số khuyếch đai, rỉia và nức phảnhồi trong máy Filât ở lố i ra Khối KĐ (điêm 1, Hìrih 2 2) Tín hiệu Fđồng thời đươc dưa vào khối tách sóng biên dồ bai nửa chu kỳ Sau tách sóng, h ai nức một chiểu dược đưa vào bộ Khuyếch đại v i sa i (KĐVS)

Hức r a của khối KĐVS th ể hiện biên dô A của dao đông máy phát.Trong sơ đồ chi t i ế t hình 3 của Khối máy Fhát A3, L là cuộn dây đầu dò, Vi, Vg là h ai tầng Khuyếch đại ôn nhỏ đùng JFTET, V3 là tầng Khuyếch đại có điều chinh hệ số Khuyếch đại ở lố i emitơ với điện áp thay doi dược từ 6V - 12V (chân số 2) ICI là tần« Khuyếch đại tần sế cao có cuôn cảm Li điểu chinh đặc trưng tần số ICH là tầng quay Fha với c và R biến đối đươc Sau tẩng này là tầng V4 điều cìủrih nức độ phản hồi về tầng Vj với điện áp điều chỉrih dược từ ov - 12V (chân 6)

Việc điều chỉnh này cho phép chọn dược chế độ phát tố t rihất

IC3 là tẩng Khuyếch đại vi sai sau tách sóng biên đo h ai nửa chu

kỳ, Hệ số Khuyếch đai của tầnể này òiơc điều chỉrih sao cho g iá t r ị ctiện áp r a trê n chân sổ 3 Ịtĩà hợp VỚI đầu vào của khối ADC.

Đe cho khôi hoạt đông, cần cung cấp cho nó nguồn nuôi rihư sau:

-¿6-Nguô'n ♦ vc = + 15V (chân số 7) Ntfuổn - vc = - 15V (chân số 1), nguồn biến doi 6V - 12V (chân số 2), nguổn biến đoi ơv - Í2V ( chân số 6) Trên Hiriti a, 1, các Khối ADC, T, B đều là các Khối chức năng siỉtdung cho hệ clmÁn CAHACi dược chế tao t a i Viên Liên hiệp nghiên cứu

h ạt rihân Dufcna (JINR) Riêng Khối đầu đo AG, chúng tô i đã cầi biên, hiêu chỉnh từ mốt mach phát dùng cho th iế t bi rihlểu xa lương tử siêu dẩn [34,36,60]

CAMA.C là mSt • hê điên ■ t tử idươc chuẩn ỉioá bởi các rihà điên • tử hat •

nhân Tây âu vào Khoảng những năm cuối thập kỷ 60 Hột số đặc diêmctiun« của CAMAC rihư sau :

» Hê đo dùng CAMAC là hê mô đun, dươc tô’ hợp từ các Khối (block) chức năng

K Các Khối chức nang Khác nhau dươc th iế t kế chuẩn về cơ Khí cũngnhư điện tử để cùng nối dược vào một đàn máy (Crate)

K các đẩu r a của các block đươc nối chung vào mot đường mạng (bus-lined) trê n Crate trong đó có các dường nguồn nuôi, ghi đoc, chứcnăng, đ ịa chi, số trạnv khởi F ilâ t, cẩm, xoá, báo V V ,

Nhờ các đường này mà các block được liê n kết với nhau thông qua điều Khiển của khối C ontroller hoăc máy tírih điên t à

Thong qua Khối điều Khiên, náy tírih có -thể kiểm soát, điều Khiển

và thu nhân số liê u trê n các Khôi chức nang thông qua các trạng thái

mà các nhà điện tử dã th iế t Kấ cho riêng tùfrig Khối

Hê CAMAC là mot hê châm (tốc đô cỡ msec) đối với các phép đo h atnhân hiên nay Tuy nhiên trong phép đo đai lượng Ftoi thuộc n h iệt đọ F(T), A(T) của hê SM90 th i CAMAC là hệ tư động đo Khá phù họp DÔ chírih xác, t i n cây của hê đo SM90 FÏIU tỉiuôc chủ yếu vào các Khốianalog (Khôi dầu đo AG và khối đo rihiêt đô T Hìrih 2 1) và khối biến

doi ADC Hê đã hoat đôn« đáp ứng những yêu cẩu đẳt r a

$3- KHDI PHAN MEM:

ctiũng tô i đã xây đựng chưong trìrih của hệ đo theo các chức năng

riêng b iệ t, cổ những đặc tính, sử đụng cụ th ế rihư sau:

* Bang Menu tổng th ể cho £hép chon chức năng sử đụng cần th iế t,

các chức năng cụ th ể bao gổm: dật dải, đặt thời gian nhip, dặt tỉiời

g ia n to, đo» ổhi, đbc, in .

* Đặt dải: £)ể quan sá t các đường trê n màn hình mọt cách tường mirih

nhất, có th ể sử dụng chúc năng này dể lựa chọn cửa sổ th íc h Inợp Nếu

Không quan tâm đến việc đặt dải, chương tr ìn h tự đọng đặt trước các

dải quan sá t cho các thông sế rihư sau: T = 77 K - 150 K, tần sế

F = 0 - £0 000 000 Hz, Biên độ A = 0 - 4000 rữỉ.

* Đặt thời gian nhip (Tick.): Thời gian rihip dược đặt trước moi

Fhép đo, g iá t r ị này chi F*iếl Khoảng cách thời gian lấy số liệ u (tính

theo giấy) nêu Không đất la i, g iá t r i này àươc chương trỉrử i chon

trước t = i s

* Đảt thời gian đò: Tuỳ theo thời gian ttufc hiên Fhép đo để đảt

g iá t r ị đò tương ứng Đen h ết thời gian đo, nếu Không đật lại, g iá t r ị

này dươc tư ctông lấy g iá t r i 30 phút

tt Đo: Sau Khl đấ chuấn b ị xong hệ đo, chuẩn bị xong • • * các bước đăt•

dải, rihip đo, thời gian đo (nếu cần), chức năn« do sẽ làm nhiêm vu ghi

các g iá t r ị F, A, T theo từng rihip đo, đồng thời vẽ các điểm trê n màn

hìrìh Trong thờ i gian dto, nếu hê CAHAC có sư cố, máy sẽ đừng la i và

báo lố i trê n màn hirih cho đến khi hê đươc sửa, chương trỉnh la i tiế p

tuc hoạt động và th a rihận số liệu

Neu đã ở chế đô đo nhưng Không iruốn đo tiế p nữat ta có thẻ đừng hệ

la i và chuẩn b ị cho phép đo Khác tiế p san• •

2 B

-■ Ghi: Sau Khi kết thúc phép đo máy sẽ nhắc người đo ghi lạ i sếliệ u cỉẵ do dutoc vào mệt f i l e nào đó dế sau này để dàng gọi lạ i xử lý

số u ệ ư khl cần tliiết

« Dọc: Các f i l e ỗữ được có th ể gọi vào chương trìrứ i đế xử lý khiI « ■

cần tta ế t Có th ể gọi lẩn lượt nhlếu f i l e số liệ u dã đo dược và có th ể quan sá t chúng đông thời trê n màn hình, Diều này r ấ t tliuân tiê n trong

so sárửi một loạt mẫu xử lý trê n cơ sở chế tạo theo từng mẻ

M In: các số liê u đã ghi đươc, có th ể đươc in r a ở dạng ba cột g iá

t r ị F, A, T với những con số tương ứng hoặc có th ể được in ra dưới dạng đại lương Fini thuôc nhiệt đô F(T), A(T)

* Làm mịn: Chương trìrih có th ế làm mịn sơ bộ dạng đường đo đượctheo h ai cách: ba đi êm trung blrih và Fhân loai điêm

Phương pháp làm mịn theo cách thứ nhất Không có hiệu quả cao trong trường hợp chuyển Fha siêu dẩn vì có vùng gẩy khúc r ấ t dot ngôt

Phương pháp thứ hai loai too những số liệ u cố rihiêt đô T trùng lặp

nên giữ dươc dạng đường trung thnic hơn

$4- CHưẦn va hiệu chỉnh hẹ

a) Ghi t ín hiệu ồ chế dô không mấu:

Đê* loại trừ ảrửi hưởng của cuộn dây, ống nhôm, chất Keo tin h khiết đến dạng dường chuyển pha siêu dẩn t ạ i vùng n h iệt độ chuyển pha, chứng

tô i đã tiế n hàrih các phép <to Kiêm nghiệm ribư sau:

- Ghi các đường F(T), A(T) trong trường hợp đầu đo chỉ cố cuôn dây

đo vói lõ i không Khí

- Gbi cá c đường F(T)t A(T) trong trường hợp đầu đo là cuôn đay có

lõ l là ống nhôm rống

- ơhi cắc dường F{T), A(T) trong trường hơp dầu đo là cuôn dây có

lõ i là chất Keo nguyên chất

nhiệt dô Tc chỉ <Jược sinh, r a do mẫu siêu đần mà thôi.

b) Chuẩn thang do nhiệt dô:

Qiá t r i rửilệt đô cua Fhép đo dược qui đổi từ sđđ thu dươc trên cặp

n h iệt điện Do đệ Fill tuyến của sđđ này, cần tìm một hàm tuyến tín h

dể nhận ■ dược g iá I t r ị rihlệt • • độ với dọ « I chính xác cao nhất.

Trong dải rihiệt đô 75 - 100 K (dải có xuất hiện chuyên pha siêudẩn của các mầu ho Y-Ba-Cu-O) chúng tô i đã xác đinh hàm chuyển đổi có dạng rửiư sau:

T = 78 + V/30 trong đó: T : nihiêt đô th ể hiện trê n hê

V : hđt đo dươc sail khối T Hìrih 2 1

Sai so cua phép đo nhiệt dọ cúa hệ đo vào cỡ i

c) Kỉ Ổn tr a dô ổn dinh;0 •

Đe kiêm tr a độ ốn định, chúng tô i dã sử đụng một mẩu chuẩn, cho

b iế t chính xác vùng rihiệt độ chuyên pha siêu dẩn

Kết quả cho thấy, sau hai năm hoat ctông, hê cho sư saỉ Khác về AF,

AA, at rihỏ hơn 0, 5 X

2B ÚNG DỤNG HẸ ĐO TRONG NGH1BN CỎƯ.

a) Kiếm t r a chất lượng siêu dẩn về phương diện từ

Đưòng cong đô cảm từ của các mẩu siêu dẩn theo T cho b iế t nhiêt đọchuyển pha siêu dần, thàrih pỈTầh các r*ia tron« quá trìrih chuyên sangtrạng th á i siêu đần Khác với Fhép đo điện trở, nó cho thông ti n vềmât dô h at siêu đán trong Khối chứ Không ĩtiải chỉ trê n bề mặt

Thông qua đó, các rihà công nghệ và nghiên cứu siêu dẩn có thêm

Hirih 2 4 Stf Fhu tftuoc T

cua do cam tH X

Temperature (K)

thông t i n đế dáriti giá chất lượng các mẩu siêu dẩn [57, 75].

Hệ SM90 đã đóng góp trong nhiều công trình, nghiên cứu siêu dẩn

t a i Filón* th í ĩiỂhiên Motron, JINR, Dutona, GHLB Nga [27,33,39]

* Đánh g iá phẩn chất siêu dần của các mầíi họ Y-Ba2-Cu3-Oẹ+0 nungnón« từ rihíêt dô Fílóng đến 350 c trong môi trường Oxy với các tốc độv=0 5; i 0; 2 0 và 3 0 d ô /p x Các rn&Ị đố dược dối cìiiếu với cấc mẩn ủ

o

trong môi trưòng oxy t a i rihiêt đô 350 c trong 10 giờ [27]

Bang 1 là một số thông số về mẫu Hìrih 2 4 là các dặc trưng hệ sế

từ hoá của các mẫu t a i vừng chuyên pha siê u dẩn ¿hi đươc trê n hê SM90.1

chayen ptoaa

1b

91 0

Bang 2 - Môt so^ thông số của mẫu đo

32

-Hỉrih 2 5

Sự Fhu tÌTUÔc Tcủa dô cảm từ X

Temperature (K)

Ket quả dử được trê n Hình 2.4 cho thấy ; Chỉ cỗ mail CM, K2 là cócìiuyếm píia siêu dẩn rõ rệ t Mẩu K3 có cliút í t KhẲ năng cỉmyên phasiê u dẩn Các mẩn Ki, K4 xem rihư Không phải là mấu siêu đẫn Điều đonói lên việc miốn dưa oxy vào mail trong quá tr in h nung nóng với tốc

đọ rihiệt quá lớn là Không dạt yêu cầu phẩn chất siêu dẩn

* Đánh g iá phẩm chất siê u dẩn của các mẩu họ Y-Ba2~Cu3 -Oộ+o chooxy Khuyếch tán vào mẩu ở n h iêt đô 350 c Các mấu đươc "nghiền nóng" trong Không khí với các thời gian từ 0-360 phút [39] Đe nghiên cứa ảrih hưởng cua oxy trong thàrih Fhần gốm Y-Ba-Cu-0 [66, 67] nên trong

•*

lo a t mail này, các tác g iả nuốn Khảo s á t vai tr ò của bề mat các hat

trong việc th iế t lập oxy vào mau

Bang 2 là một số thông số về mầu HỈrih 2 5 là các đạc trưng hệ scí

từ ỉioá của các mau đã ¿hi đươc trê n hê SH90

K ê't quả cho thấy, thàrih phần oxy ở mau ban đầu (số 1) 3C=6 i sau Khi nghiền ở 350 c trong môi trường không Khí 15 Ịắiát đẩ tăng lên đến

g iá t r i 6 88 và đat giá t r i tớ i han x=6 97 sau tiiời gian nghiền 300 phút, về ĩỉiấm chất siêu dẩn, có th ể phân r a làm 3 nhóm: nhóm tbứ rihất

Không có biểu hiện siêu dẩn (mầu số i ), nihóm -t-tiứ 2 có mât đô siêu dẩn

Khối thãp (mẩu số 2 đến số ô ), rihóm thứ ba có chất ìưọng siêu dan Khá

t ế t [mầu số 9 và 10) Mẩn câng được nghiền Kỹ, Kích thước h ạ t gấn càng nhỏ th i chất lượng siêu dẫn càng cao.

b> xây đựhg cấc nệ tưcng tự :

xét về -ptữĩơng diện thu nhận t í n hiệu, hệ SM90 có th ể ứng dụngtrong việc t ể chức xây đựng nhiều hệ đo Khác có dạn« s = s (T) trongnghiên cứa vât lý chất r a n Trên tỉaỉc tế, hê đa đươc sử chạng dể thunhân phồ.R — R(T) là pnổ điên tr ở FÜLL ttniôc rihĩệt đô của các mẩu siêudẩn trong vùng nhiêt đổ chuyển liia

các t í n hiệu dạng s = S(T) của các ìỉệ do điện đung DLTS, dòng DLT5 analog đươc trìríh bầy trong chương 3 sau dây đều có th ể ¿hi nhân trê n một hệ tự động Kiểu 1*01 thuộc mệt biên sổ như hệ do SM90 này.

CHJONG I I I - HỆ DO DIỆN DUNG VA DONS QUA ĐỘ THEO r« lỆ r ĐỘ VA• • • • •

ÁP DỤNG NGHIỀN cúu TÂM SÂU TRŨNG CHAT BAN DAN

De nghiên cứa các thông aố cua tâm sâu, có nhiều ĩtũiơng Ftoáp được

sử đụng Gắn liề n với moi ptnưcmg Ftaáp là những Kỹ tỉxiật tương ứng

[4€) Bên canil các ĩỉiLlơng ptóp cổ điển rihư : Đo độ dẩn , Hiệu ứng

Hal 1 , Rio quang đần [67] , có r ấ t nhiều ptũùtơng 1*1áp mới rihư

T9GAP [70] ( Photo capacitance [68], TSC [37, 52, 60], DC Current [68],

EFR [28,01 ], H ấp tìm ììồng ngoại [20] Mỗi rtotong pháp đều có mệt ỉiiệu

ìưc trong những diều Kiên rihất đinh Điều dó đòi hỏi các nhà v ât lý

thực nghiệm sự lựa cìiọn, bổ xung ỉiiệu diỉrih dế rihận dược k ế t quả

t i n cậy rihất [47]

rtaiomg pháp TSCAP Khá nhay và có Kha nâng cho một vài thông t i n về

pbân bố nồng đo tâm sâu nếu thay đoi g iá t r ị ỊỶiân cực Tuy nỉiiên

J*xương ĩtiáp này b ị bạn chế về dọ sâu núc tâm

Raỉong Ịtoép Photo Capacitance cho phép quan s á t thấy sư g iả i Fhóng

các h ạt t ả i Ì>Ị bất thông qua sự biến đổi của điện đung tiế p giáp Tuy

iửiiên Ftniong Fbáp này b ị hạn • chế ở độ chírửi xác của ¿E và đạc b iệ t gặp• « • • • —

Khó Khăn trong trường họp mầu có rihiều núc tâm sâu

Ruíong pháp TSC có lơ i th ế là đo dòng tn ĩc tiế p , có th ể sử đụng

ngay cả Khi ảrih hứởng của quá trìrih b ất h ạt t ả i lên điện đung tiế p

giáp Không đáng k ể (th í đụ trong cấu trú c P-i-N) Tuy nhiên phương

pháp này chiu ảnh hưởng của ríhiểu i / f và t í n hiệu cần đo b ị lẩn trong

dòne dò một chiều của mẩu (điot)

Rmtơng Fháp DC Current cũng là mot Fhutong Fìĩáp đo trực tiếp , có

th ể dùng dể đo cấu trú c P-i-N và tliâin chí mot vài chất điên mùi

PtEíơng pháp này phải đo lâu và Khó lý g iả i kết quả.

Ehươri íầiáp EPR vả phương pháp hấp thụ hổng ngoại cho nhiều, thông

t i n vể v i t r í nức sâu và cấu trú c sa i hỏng của bán dẩn Song chúng b ị• ■ han chế về đô nhay nên chả áp dung được với nhùng mẩn b ị chiêu xạ• • t • • • ■

nanti , cố đ5 sai hỏng cao Hon nữa , cỉúíng Không cho Ftiép xác đirìh

trức tiế p Iihí!be núc năng ìưọng Kích íioat mà chỉ ước lượng chứng qua

v ị t r í nức Fermi trong mẩu mà thôi

Từ năm 1974 , sau Khi cône trìrih của D V Lang [65] r a đời , rỉsưong

Fiiáp ELTS và di liểin xà Kỹ tbuât DLTS dã dược sử dụng trong nghiên cứu

tâm sâu rihư một công cụ Ftoổ biến, sắc bển Neu rừní pbương Ffráp đo

tniỳrih quang dược sử đụng rộng r ã i và r ấ t thàrih cône trong việc Khảo

s á t tâm nông nhờ những yếu t ế : do rihay, tốc do , tính, chất phổ th ỉ Kỹ

tb u ât ELTS lạ l ptaát Imy dươc riiũng ưu đi ẩn đố trong Khao s á t các tâm

sâu mà ỈHiỳrih quang Khống với tớ i ctươc (dặc b iệ t là các tâm sâu Không

tứ c xạ).

Việc Khảo sấ t các tâm Không bức xa đa sử dụng điện dung của tiế p

giáp P-N {hoặc SchottKy ) ríhư mệt thước dio tình, trạng tícih điện của

các tâm này [30] Tay vậy , các Kỹ ttauât điện đung kiiửi điển thường

là Không đả các cíhỉ tiê u về độ rïhay , tốc độ, độ sâu quan sá t được

hoầc tírih chất phổ (tíiửi chất r ấ t quan trong trong thực t ế các hệ đo

citiuyên đụng } [31, 32] Kỹ th u ât đo DLTS dã đắp ứng được Khá đầy đẳ các

chỉ tiê u nói trên

Trong ctnĩong này, chúng tô i trìrih bầy quá trỉrữ i tỉĩực nổhiệm ngtũên

cứa tâm sâu bao gốm các nội đung như sau :

X Tỉm ĩiiểu val tr ò của tâm sâu trong bán dẩn thông qua viêc

nghiến cứu ảnh bưảng của chiếu xa lên một số lin h Kiện bán dẩn, sự

36

-ẳnh hưởng r í r ê t của các tâm sâu Ỉ1Ì1H1 thành sau cỉuếu xa lên các đác trung của 11141 kiêr: bấn đan cho "thấy sư cần th iế t phải nghiên cứu các

thông sô' của tâm sâu

M sử dụng phương ttìảp đo DLTS - ptiương pháp hüll iiiệu rihất trong

nghiên cứu tâm sâu Đấi tượng cần đò là phổ điện dung và ĩtiổ dòng

điện fini thuộc rihiệt độ cổng cụ đo là b ai hệ dò analog CÌ■ • ■ • • • • 1Ỉ -tili trê n• máy tự tfii hai trụ c dD chúng tô i tự th iế t Ke lẩp ráp và hiệu chỉrih

trê n cơ sè các lin h kiện rờ i rạc trong điều Kiện V iêt nam

K Ghi Fh ể ĐLTS điện duns của mầu S ilic chiếu xạ điện tử bang bệ

đo dược lãp ráp nói trên Kết quả thu được cho thấy hê đb dạt óđơc

yêu cầu chỉ tiê u dể ra, có th ế sử đụng trong nghiên cứu v ật lý tâm sâu

i t - Ả n ỉ HJQNG CỦA CHlẾu XẠ THĨN MỚr s ố L U « KIẸM b a n dan [9]

ViÊc ntíbiên cứu các saa hỏng do chiếu xạ trong bấn dẩn đỗ đươc quan tâm nghiên cứu ở Vlêt nam từ năm 1960 [10] Nhiều pìiép đo được tiế n hành, trên các mẩu chiếu xa nơtrône, electrón, gama [17, lô]

t ế t quả nghiên cứu trê n một số lin h Kiện bán dẩn cho thấy,

chiếu xạ gana có ảnh nưởng rõ r ê t đen các thông số rihư hệ sổ Khnyếch

đại dòng, giới hạn tần số, quán tírih

các quá triiử i nghiên cứa dược tiế n hành rihttjt sau:

1 1- Thực ncÉiiém

a) Maíi chiếu xạ gần:

- Fotodíot Schottky do Viện v ậ t lý chế tạo

- T ransistor công suất vừa của Nhât C1124 và CT1061.

- T ransistor KC507-509 của rừià máy Z161

- T ransistor Test của Z181 có thông số như KC507-509 riboLíng cóthêm một cực điều Khiển G ở F i l i a E-B

Hổi rihóm gổìn 10 chiếc de nguyên cả vỏ

t>) Liều lượng chiếu xạ:

UiƯc nghiện C ÌIO thấy chế đỗ chiếu 2 ngày và 5 ngày cho k ết quẲ

í t Khác rihau Do vậy các phép đo sầ đụng mau cíuếu 5 ngày.

* Hìrih 3 i biêu dien k ê t quả đo hê số Khuyếch dai dòm; hfTE

36

-d c ) trong sơ -dể enuto cüTung với uc = 5V các tham số 'Khác nhai -dòng

rò, th ế đánh thủng của tr a n s is to r Không đổi HÌrih 3 la cho thấy, với

các tr a n s is to r tố t (có hệ số Khuyếch đại ban đầu lón) sau Khi cliiếu

xạ., hê số Khuyếcíx đại giảm trong toàn dải đo Ic, Trái lạ i, Hiriỉi 3 lt>

lạ i CÌIO thấy với tr a n s is to r xấu (có hệ số Khuyếch dại ban dầu nhỏ)

sau Khi chiểu xạ, hệ sế Khuyếch đai tăng lên

Hinh 3 i - Sự thay đổi hp^Ị (Ic ) trưóc và sau Khi chiếu gama

đối với loại tra n s ịs to t' tố t (a) và lo ại xấu (b)

Nét liền: Trước Khi chiếu, nét dútt: sau Khi chiếu

# Dặc trưng VonAnpe của chuyền tiếip P-N trong tr a n s is to r cố đạng:

I = Iỡ (expíeV/ntcr - 1)) (3 1)Trong đố hệ số m đặc trũng cho sự chuyển tiếp :

Neu xn = i th ì dòng Ffrun là cỉxủ yếu, ngược lạ i nếu m = £ th i

dàng t á i hợp chiếm ưa thế

Hiríh 3 £ cho thấy đặc trưng VonAirpe ở 2 Ffcáa emito và colecto

của tr a n s is to r sau Khi chiếu xạ có Khác nhau : ở Filia emito đoạn ứng

với m =2 Kéo dài về Filia von cao

* Bang ĩáiép đo độ chêrih lêcỉti Fha giữa t í n lú ệu ở bazo và ở colecto của tr a n s is to r đã tírih dược g iớ i hạn tần scí f c theo công tiiức:

cách chiếu xạ, cỗ tb ể đưa tr a n s is to r ttniòng sang hoạt đọng ơ chế độ

xung

Hình 3.2 - Đặc trưng V-A của

tr a n s is to r ơ 2 phía emito (E) và colecto (C) trước và sau KỈ11chiếu xa gama

Nét liề n ; Trước Khi chiếu

Nét đứt : Sau Khi chiếii

40

-* Quan sá t dạng t í n hiệu ở lo i ra của ío to đ io t đươc KÍ ch

th ích bang nguổn sáng xung (lùrữi 3.3) cho thấy : quán tín h của

ío to đ io t tăng lên sau chiếu xạ

# Đo đãc trứng V-A ở Fìiía emito IgB (Vfr) của các tr a n s is to r

te s t VỚI các g iá t r ị Khác rihau của ttíể điều Khiển Vq HỈrih 3.4- biím

dien sự J4ai thuộc của thành phần dòng t á i họtp IgB theo Vq

n ết quả cho thấy, sau Khi ctLiếu xạ, cực đại của Igg địch về

FỈiía v <3 thấp và dô lớn cũng tăng lên Điều này chứng tỏ sau Khi chiếu

xạ, số lượng điện tíc h dưcrng hiệu dụng t r ố i bề mặt Si-SiOg tằng lên

làn CÌIO tốc do t á i họp bề mất tăng, dẩn đến hê số khuyếch đal giảm.

Riêng với tr a n s is to r KC507

x ầ i sau Khi chiếu xạ th i hệ sô*

Khuyếch đại tăng (hỉnh 3 ib )

Diều này có th ể g iả i th íc h lầ

do lúc đầu các tr a n s is to r này

đã làm viêc ơ đi ẩn • lân cân •

đi ẩn C1ÍC đai của Igg

Sau Khi chiểu xạ, sô' lượng

điện tíc h đương lũệu đụng trê n

bề mặt làm địch điếm làm việc « * t

về pỉìía Igg nhỏ dẩn dến iiậ số

Khuyếcỉi dại tang

t 2 - ptiân dinh chung

Khi cliiếu xạ bang các t i a có nang lượng cao rinư nơtron, electron, gama , tiiỉ vacanxi là thành phần chỏ yếu trong quá trỉrih