Изучение электрофизических свойств анизотропных полупроводников в лабораторном практикуме вузовского курса физики

Целью статьи является разработка теоретически и экспериментально обоснованной конкретной лабораторной работы для изучения анизотропии электрических свойств полупроводников в рамках учебных программ высших учебных заведений для таких направлений подготовки, как физика, техническая физика, радиофизика, электроника и наноэлектроника. Актуальность проблематики обусловлена стремлением отечественной электроники к технологическому суверенитету и высокими требованиями к подготовке квалифицированных кадров для производства структур твердотельной функциональной электроники. На основе решения краевой электродинамической задачи получено выражение для электрического потенциала в области тонкого прямоугольного полупроводникового образца с тензорным характером проводимости. Итогом работы стала разработка оригинальной лабораторной установки для демонстрации и практического изучения анизотропии электрических свойств полупроводниковых кристаллов. Предлагаемая методика позволяет определять основные электрокинетические параметры анизотропного полупроводника – удельную проводимость, концентрацию и холловскую подвижность основных носителей заряда. Предложена принципиальная схема установки и формулы для расчета погрешностей измеряемых величин. Полученные результаты могут также представлять и научный интерес при изучении анизотропных полупроводниковых материалов в лабораторных условиях.

1. Лучинин В. Индустрия микро- и наносистем: От импортозамещения к технологическому суверенитету // Наноиндустрия. 2018. Т. 11, № 6. С. 450–461. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2018.11.5.450.461

2. Шелепин Н. Глобализация и монополизация микроэлектроники в современных условиях // Электроника: наука, технология, бизнес. 2023. № 2 (223). С. 32–43. https://doi.org/10.22184/1992-4178.2023.223.2.32.42

3. Эннс В. Меры по развитию отечественной микроэлектроники в современных условиях // Электроника: наука, технология, бизнес. 2022. № 6 (217). С. 86–93. https://doi.org/10.22184/1992-4178.2022.217.6.86.92.

4. Кокин С. М. О физическом образовании в вузах в условиях необходимости обеспечения технологического суверенитета страны // Физическое образование в вузах. 2022. Т. 28. № 4. С. 5–11. https://doi.org/10.54965/16093143_2022_28_4_5.

5. Свистова Т. В. Методы исследования материалов и структур электроники. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2013. 225 с.

6. Рембеза С. И., Синельников Б. М., Рембеза Е. С., Каргин Г. И. Физические методы исследования материалов твердотельной электроники. Ставрополь: СевКавГТУ, 2002. 432 с.

7. Павлов Л. П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. М.: Высш. шк., 1987. 240 с.

8. Yang J., Li J., Zhang C., Feng Z., Shi B., Zhai W., Yan Y., Wang Y. Excel-lent thermoelectric performance of BaMgSi driven by low lattice thermal con-ductivity: A promising thermoelectric material // Journal of Alloys and Com-pounds. 2020. Vol. 827. P. 154342. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154342

9. Wang C., Zheng C., Gao G. Bulk and Monolayer ZrS3 as Promising Aniso-tropic Thermoelectric Materials: A Comparative Study // The Journal of Physical Chemistry C. 2020. Vol. 124, № 12. P. 6536–6543. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c00298

10. Немов С. А., Улашкевич Ю. В., Погумирский М. В., Степанова О. С. Отражение от боковой грани кристалла PbSb2Te4 // Физика и техника полупроводников. 2020. Т. 54, № 3. С. 228-231. https://doi.org/10.21883/FTP.2020.03.49023.9308

11. Япрынцев М. Н., Иванов О. Н., Васильев А. Е., Жежу М. В., Попков Д. А. Синтез, структура и анизотропия термоэлектрических свойств соединения Bi2Te2.7Se0.3, легированного самарием // Физика и техника полупроводников. 2021. Т. 55, № 12. С. 1156–1161. https://doi.org/10.21883/FTP.2021.12.51699.16

12. Филиппов В.В., Бормонтов Е. Н. Особенности распределения электрических полей в пластинах анизотропных полупроводников в поперечном магнитном поле // Физика и техника полупроводников. 2013. Т. 47, № 7. С. 878–881. https://doi.org/10.1134/S1063782613070063

13. Балагуров Б. Я. Электрофизические свойства композитов: Макроскопическая теория. М.: URSS, 2018. 752 с.

14. Filippov V. V., Mitsuk S. V. Modelling Magnetoresistance Effect in Limited Anisotropic Semiconductors // Chinese Physics Letters. 2017. Vol. 34, № 7. P. 077201. https://doi.org/10.1088/0256-307X/34/7/077201

15. Филиппов В. В., Заворотний А. А., Тигров В. П. Измерение компонент тензора удельной электропроводности анизотропных полупроводниковых пластин модифицированным методом Ван дер Пау // Известия вузов. Физика. 2019. Т. 62, № 1. С. 92–99. https://doi.org/10.1007/s11182-019-01689-w

16. Баранский П. И., Буда И. С., Даховский И. В., Коломоец В. В. Электрические и гальваномагнитные явления в анизотропных полупроводниках. Киев: Наукова думка, 1977. 270 с.

17. Аскеров Б. М. Электронные явления переноса в полупроводниках. М.: Наука, 1985. 320 с.

18. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит, 2019. 656 с.

19. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. СПб.: Лань, 2003. 832 с.

20. Черняк А. А., Черняк Ж. А. Математические расчеты в среде Mathcad: Учеб. пособие для вузов. М.: Юрайт, 2023. 163 с.

21. Maxfield B. Essential Mathcad for Engineering, Science and Math. 2nd ed. Academic Press, 2009. 501 p.

22. Прошин В. И., Сидоров В. Г. Анализ результатов измерений в экспериментальной физике. М.: URSS, 2021. 172 с.

23. Маренкин С. Ф., Трухан В. М. Фосфиды, арсениды цинка и кадмия. Минск: Вараскин, 2010. 224 с.