광음향셀의 음향전달함수와 반도체내의 운반자 농도구배 측정

Abstract

광음향셀의 음향전달 특성을 해석하고자 했다. 시료에 입사하는 광의 세기가 균일하고, 광음향셀의 각 공동을 연결하는 도파관이 가늘어서 평면파 모드만 통과할 수 있으며, 사용되는 마이크로폰이 자신의 극판에 작용하는 평균음압만을 측정하는 경우에 광음향셀의 각각 구성부분은 F - 행렬로 표현될 수 있다. 한 광음향셀에 대해 F - 행렬 방법으로 전달임피던스를 구했다. 그 전달 임피던스는 RG영역의 낮은 주파수에서 $f^{-1}$의 주파수 의존성을 갖고 주파수가 높아짐에 따라 셀의 각 구성부분에서의 공명이 일어나고 있다. 마이크로폰의 보호망의 구멍 효과를 고려하기 위해서 보호망 구멍을 나타내는 새로운 F - 행렬을 추가하여 전달 임피던스를 새롭게 수정하였다. 그 결과 공명 주파수가 편이하였으며 Thermophone실험으로 얻은 전달 임피던스와 보호망을 고려한 전달 임피던스가 일치함을 확인했다. 광음향셀의 전달특성을 구하는데 F- 행렬 방법이 유용하게 적용될 수 있고, 셀의 구조변동에 대하여 융통성이 있다. 반도체 시편에 전류를 흘려서 발생하는 열음향신호를 측정했다. 이 열음향 신호를 해석하기 위해, 보통의 광여기 방식과 열원분포함수를 비교하였℃만,} 전류여기 방식에 대한 열원분포함수가 반도체내의 전하운반자 농도의 depth profile을 반영함을 알았다. 2층 시편과 Backing으로 구성된 3층 구조를 갖는 반도체 시편에 대해 전류 여기 방식에서의 열원분포함수를 써서 열음향 신호식을 얻었다. 균질한 n형 실리콘시편 ( $n_o=10^{15}cm^{-3}$ )과, 표면에 $n^+$ 층 ($10^{20}cm^{-3}$) 을 갖는 n형 ( $15^{15}cm^{-3}$ ) 실리콘시편에 ohmic contact를 형성하여 변조된 전도전류에 의한 열음향신호를 측정하였다. 균질한 시편에서 얻은 주파수 스펙트럼은 500Hz $\sim$ 1KHz 구간에서 $\omega^{-1,s},\triangle\phi=315^\circ$ 30Hz 근처에서 $\omega^{-1},\triangle\phi=270^\circ$등으로 RG 이론의 유사로써 예측하는 값과 일치한다. 10KHz 이상에서 특이한 광음향신호의 증가를 측정하였다. 표면층을 갖는 시편에 대해 측정된 열음향신호를, 근사적으로 RG의 2a), 2b) case로 고려했다. 표면층의 두께와 운반자농도구배의 정량적인 해석을 위하여, 층상구조에서 전류여기방식의 열원함수를 고려하여 얻어진 열음향신호식을 이용했다. 표면층두께 $1_1$과 두층간의 농도비 $\eta$를 fitting 정수로 하여, 측정된 주파수 스펙트럼과 비교 함으로써 $1_1$과 $\eta$값을 결정할 수 있었다. 반도체 시편에 비접촉방식으로 열음향신호를 측정할 수 있는 RF 와류전류방식을 제시하였다. 변조된 고주파 전류가 흐르는 LC 공진회로의 솔레노이드안에 위치한 반도체 시편에서 기대되는 열음향신호를 얻을 수 있었다.