Задание 2
Реферат 4
Abstract 5
Содержание 6
Перечень сокращений и обозначений 8
Введение 10
1 Литературный обзор 11
1.1 Основные характеристики, принципы работы и возможности
комплекса для измерения электрофизических характеристик материалов 11
1.1.1 Микрозондовая станция Cascade Microtech MPS 150 11
1.1.2 Приборы National Instruments 13
1.1.3 Принципы программирования в среде LabVIEW 18
1.2 Основные электрофизические характеристики и влияние на них
внешних факторов 23
1.2.1 Классификация физических величин и влияние на них изменения
температуры 23
1.2.2 Методика измерений удельного электрического сопротивления
зондовыми методами 26
1.2.3 Оптические свойства наноматериалов 34
1.3 Выводы по главе 38
2. Виртуальный прибор для управления режимами оптической стимуляции
образцов 39
2.1 Аппаратная часть прибора 39
2.2 Программная часть виртуального прибора 41
2.3 Выводы по главе 44
3. Нагреватель образца для микрозондовой станции
Cascade Microtech MPS 150 45
3.1 Компоненты нагревателя 45
3.2 Принципиальная схема нагревателя образцов 48
3.3 Результаты тестирования 50
3.4 Выводы по главе 52
4. Модуль для высокотемпературного отжига широкозонных материалов в различных газовых средах 53
4.1 Общая конструкция модуля 53
4.2 Блок нагрева до 1300 °С 54
4.3 Блок нагрева до 950 °С 62
4.4 Результаты тестирования 67
4.5 Безопасность жизнедеятельности 69
4.6 Выводы по главе 80
Заключение 81
Список использованных источников 82
Стремительно ворвавшийся в нашу жизнь термин «нанотехнологии», многократно осмеянный и обросший различными фейками, содержит в себе огромный класс различных реальных материалов, на основе которых созданы и продолжают создаваться новые устройства. Создание новых полупроводниковых структур может быть осуществлено с использованием нагрева исходных материалов до высокой температуры в атмосфере вакуума либо газовой атмосфере. Помимо задач синтеза новых сред и модификации уже имеющихся, возникает необходимость в разработке экспериментальных комплексов для исследования их свойств в различных условиях.
Полученные наноструктуры необходимо аттестовать. Для выполнения данной задачи не обойтись без современных прецизионных методов контроля, таких как оптическая, зондовая и электронная микроскопия. Особую роль в исследовании электрофизических свойств играют вольтамперные характеристики, позволяющие определять такие параметры как электрическое сопротивление, тип проводимости, концентрацию и подвижность носителей заряда в слое полупроводника. Особый интерес при исследовании также вызывает изменение свойств полупроводниковых элементов при воздействии на них светового излучения и повышенной температуры
Для систематического изучения процессов, протекающих в полупроводнике, используются комплексные методы измерения электрофизических свойств с последующей обработкой значительного объема полученных экспериментальных данных с использованием современного инновационного оборудования и компьютерных технологий, позволяющих создавать многоуровневые прецизионные и автоматизированные измерительные каналы.
В ходе выполнения работы были разработаны модули для оптической стимуляции, подогрева и высокотемпературного отжига широкозонных материалов. Можно выделить следующие основные результаты:
1) В работе рассмотрены основные электрофизические характеристики полупроводников и влияние на них внешних факторов (света и температуры).
2) Описано оборудование, используемое в работе для автоматизации измерения электрофизических характеристик структур;
3) На базе контрольно - измерительного оборудования National Instruments реализован модуль оптической стимуляции широкозонных материалов для микрозондовой станции Cascade Microtech MPS150. Комплекс позволяет производить измерения вольтамперных и вольт-фарадных характеристик в условиях лазерной стимуляции при различных значениях оптической мощности излучателя;
4) На базе микрозондовой станции Cascade Microtech MPS150 разработан модуль подогрева образцов. Произведено тестовое измерение температуры нагреваемой поверхности. Модуль позволяет производить измерения электрофизических параметров материалов одновременно с нагревом и поддерживает заданную температуру с точностью ± 0.1 °С;
5) Разработан и собран модуль высотемпературного отжига материалов в вакууме и различных газовых средах. Проведены тестовые измерения динамики нагрева камеры. Два независимых блока нагрева позволяют нагревать образцы до температур 950 °С и 1300 °С.
