Recombinaison dépendant du spin dans une jonction n+p au silicium

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Submitted on 1 Jan 1978

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Recombinaison dépendant du spin dans une jonction n+p au silicium

F. Fabre

To cite this version:

F. Fabre. Recombinaison dépendant du spin dans une jonction n+p au silicium. Journal de Physique,

1978, 39 (8), pp.897-898. �10.1051/jphys:01978003908089700�. �jpa-00208826�

897

RECOMBINAISON DÉPENDANT DU SPIN DANS UNE JONCTION

n+p ^{AU SILICIUM}

F. FABRE

Laboratoire de

Physique

^des

Solides, 118,

^{route de}

Narbonne,

31077 Toulouse

Cedex,

^France

(Reçu

^{le 3 avril}

1978, accepté

^{le 5 mai}

1978)

Résumé. ²⁰¹⁴ Nous avons repris

l’expérience

faite dans une

jonction

^{n+ p au silicium} [1] afin d’effec- tuer des mesures quantitatives plus fines. Nous présentons

l’appareillage

^et les résultats expéri-

mentaux. Ces derniers précisent ^la position ^{et la}

largeur

^de la raie : ils sont en bon accord avec ceux

obtenus sur du silicium _pur [2].

Abstract. ²⁰¹⁴ We have repeated ^the

experiment

^{made on a silicon n +} p junction [1] ^{in order to} get

more précise quantitative measurements. This paper describes the apparatus ^{used and} gives ^more précise experimental results for the linewidth and

position.

^{Thèse are in} good agreement ^{with those} obtained in _pure silicon [2].

LE JOURNAL DE PHYSIQUE TOME 39, AOÛT 1978,

Classification

Physics ^Abstracts

72.20J

Les travaux sur la recombinaison

dépendant

^du

spin [3]

consistent à observer une variation de la vitesse de recombinaison des porteurs ^libres

lorsque

l’on sature la résonance

électronique

^de

spin

^des

centres par l’intermédiaire

desquels

s’effectue la recombinaison.

Lépine [2]

^a

expliqué

que

l’augmentation

de résisti- vité d’un échantillon de silicium _pur éclairé et

placé

dans les conditions de

résonance, dépend

^{de l’état}

de

spin

^des porteurs

photo-créés

^{et des centres de}

recombinaison. Dans une

jonction

ⁿ⁺ p ^au

silicium,

Solomon

[1] ]

^a montré que l’intensité du courant

électrique

peut ^{être affectée} par la résonance électro-

nique

^de

spin,

^et que ^{ce sont} les mêmes centres

qui

interviennent _pour la recombinaison dans la diode et dans le silicium _pur.

Le courant

électrique

^{dans une}

jonction [4]

^faible-

ment

polarisée

^{en direct est}

généralement représenté

par la somme de deux termes : le courant de diffusion des

porteurs,

^{et le courant dû aux} processus de recom-

binaison

qui

^se

produisent

^{dans la}

région

^de

charge d’espace.

L’intensité

correspondant

^{à ces deux termes}

peut ^{se mettre sous} la forme :

où _{y est} un coefficient

compris

^{entre 1 et 2. En l’absence}

de recombinaison _y ⁼ 1.

Le

changement

^{de la}

polarisation

^des

spins

^{dû à}

la saturation résonnante entraîne une

augmentation

de l’intensité de recombinaison

qui

^{va se}

traduire,

si l’on maintient l’intensité constante, par ^une variation de la différence de

potentiel

^{aux bornes de la diode :}

cette variation est ce que ^nous

appelons

^le

signal dépendant

^du

spin.

^Ce

signal

^{est dû}

uniquement

^{à la}

variation de l’intensité de recombinaison dans la

région

^de

charge d’espace [1].

Afin de le

favoriser,

on doit choisir une zone où la valeur de _{y est}

grande,

et travailler avec des diodes faiblement

dopées.

La

manipulation présentée

^{ici est un}

complément

à l’étude

[1] :

^{elle a été réalisée avec la même diode n +} p

(1N4005)

^{et à la même}

température (T ambiante).

Comme cela

apparaît

^sur le schéma bloc de la

figure 1, l’appareillage expérimental

^{est très}

simple.

^Le montage

hyperfréquence

^est essentiellement constitué _par un

klystron

^de moyenne

puissance

^{et une cavité réson-}

nante. Afin de bénéficier d’une détection

synchrone,

sur le

trajet

^{de l’onde}

hyperfréquence

nous avons

FIG. 1. ^- Schéma bloc de l’appareillage.

[Block diagram ^{of the} apparatus.]

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01978003908089700

898

interposé

^un modulateur commandé _par un

géné-

rateur de

signaux

^carrés

(de fréquence

^{1 kHz}

environ)

lui-même déclenché par l’oscillateur inclus dans le détecteur

synchrone.

^La

puissance

incidente délivrée par le

klystron (350 mW)

^est ainsi modulée et comme

l’absorption

minimale du modulateur est de 1

dB,

la cavité

reçoit

^environ 280 mW. La

fréquence

^d’oscil-

lation du

klystron

^{est mesurée avec un ondemètre}

étalonné à l’aide de la raie de résonance du DPPH.

La mesure

précise

^du

champ magnétique statique

est faite avec une sonde à protons associée à un fré-

quencemètre.

La cavité

cylindrique

utilisée oscille sur le mode TE

011,

^ce

qui

^{donne un} maximum de

champ magné- tique hyperfréquence

^{sur son axe ; sa}

fréquence

propre d’oscillation ^est de 9 556 MHz en

présence

de la diode. Celle-ci

placée

^{sur un} support ^{en téflon}

est alimentée en direct _par une source de courant.

La

manipulation

^{consiste à} maintenir l’intensité du courant constante dans la diode et à détecter la variation de la tension à ses bornes lors de la résonance.

La

plupart

^{des mesures ont} été effectuées _pour une

intensité continue de 20

nA,

^{soit une} tension de

pola-

risation de la diode de 163 mV. La raie

(Fig. 2)

^corres-

pond

^au

signal dépendant

^du

spin,

pour ^un

balayage

du

champ

continu de _{60 gauss}

environ, pendant

^une

durée de 10

minutes ;

^{la constante de} temps ^d’inté-

gration

^{utilisée est 3 secondes. Le} rapport

signal

sur bruit de la raie de résonance est suffisant _pour déterminer la

position

^{et la}

largeur

^{de raie avec}

précision.

^De

plus,

^elle

présente

^une

légère dissymétrie

comme l’ont par ailleurs constaté

Lépine [2]

^{et Solo-}

mon

[5].

^Ce

signal

^{est maximum} pour ^une valeur du

chanlp

^{continu H = 3 402.5 G ce}

qui

^{nous donne :}

La

demi-largeur

^{de la raie à} mi-hauteur est :

FIG. 2. ^- Signal de résonance obtenu avec la diode.

[A typical ^resonance signal ^{obtained wh the} diode.]

Ces valeurs résultent d’une moyenne effectuée sur

20

spectres.

Nous avons

également repris

^{les mesures du niveau}

de la raie en fonction de l’intensité du courant dans la diode. La forte variation de

l’impédance

^{de la}

diode _pour des

polarisations

différentes

implique

^une

calibration de ces mesures. Nos valeurs

expérimen- tales, extrapolées

pour ^une

puissance

^microonde

infinie,

confirment en tous

points

les résultats obtenus par Solomon

(Ref. [1], Fig. 1,

p.

126).

Cette

manipulation préliminaire

^{nous a}

permis

de mettre au

point l’appareillage

^{et de le tester en}

précisant

^la

^forme,

^la

position

^{et la}

largeur

^{de la}

raie dans une

jonction

ⁿ⁺ p ^au silicium : ces résultats

identiques

^{à ceux obtenus} par

Lépine

dans du silicium pur

impliquent [1]

que les processus de recombinaison sont bien les mêmes dans les deux

expériences.

Je remercie le Pr I. Solomon

qui

^m’a

suggéré

^cette

étude et en a suivi son

développement.

Bibliographie

[1] SOLOMON, I., Solid State Commun. 20 (1976) ^215.

[2] LEPINE, D., Phys. ^{Rev. B 6} (1972) ^436.

[3] SOLOMON, I., Proc. 11 th Conf. Phys. of semi-cond. Polish scientific Publishers Warsaw (1972) p. 27.

[4] SZE, M., Physics of Semi-conductors Devices (Wiley ^Inter-

science New York) (1969) chap. ^3.

[5] SOLOMON, I., BIEGELSEN, ^{D. and} KNIGHTS, J. C., Solid State Commun. 22 (1977) ^505.