Гальваномагнитные явления в пленках висмута, легированного теллуром

• Автор: Матвеев, Даниил Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Анализ литературных источников по теме исследования

§ 1.1. Структура кристаллов типа висмута

§ 1.2. Зонная структура висмута в окрестности энергии Ферми при

низких температурах

1.2.1. Закон дисперсии носителей заряда в точках Г- зоны Бри.пюэна

1.2.2. Закон дисперсии носителей заряда в точке Т- зоны Бриллюэна

§ 1.3. Структура и гальваномагнитные свойства плёнок висмута

§ 1.4. Особенности плёнок и нанонроволок висмута,

легированного теллуром
§ 1.5. Теория гальваномагнитных явлений в плёнках висмута
1.5.1. Феноменологическая теория гальваномагнитных явлений
в плёнках висмута
1.5.2. Электронная теория гальваномагнитных явлений
в плёнках висмута
Выводы к главе
Глава 2. Методика получения и исследования свойств пленок
висмута, легированного теллуром
§ 2.1. Методика приготовления висмута, легированного теллуром
§ 2.2. Методы получения блочных и монокристаллических плёнок
висмута, легированного теллуром
2.2.1. Метод термического испарения в вакууме
2.2.2. Метод зонной перекристаллизации под покрытием
§ 2.3. Методика исследования гальваномагнитных явлений
в плёнках висмута, легированного теллуром
§ 2.4. Методика исследования структуры плёнок висмута,
легированного теллуром
2.4.1. Метод атомно-силовой микроскопии
2.4.2. Метод рентгеноструктурного анализа

§ 2.5. Метод времяпролетной масс-спектрометрии
Выводы к главе
Глава 3. Результаты исследования структуры и гальваномагнитных
свойств плёнок висмута, легированного теллуром
§ 3.1. Структура поверхности плёнок висмута,
легированного теллуром
§ 3.2. Гальваномагнитные свойства плёнок висмута,
легированного теллуром
3.2.1. Удельное сопротивление
3.2.2. Магнетосопротивление
3.2.3. Коэффициент Холла
§ 3.3. Влияние магнитного поля на гальваномагнитные коэффициенты
плёнок висмута, легированного теллуром
Выводы к главе
Глава 4. Анализ экспериментальных результатов
§ 4.1. Расчёт концентрации носителей заряда в плёнках висмута,
легированного теллуром, в приближении модели Джонса-Шенберга
§ 4.2. Механизмы рассеяния носителей заряда в плёнках висмута,
легированного теллуром
Выводы к главе
Заключение
Основные результаты и выводы работы
Список литературы
Благодарности

Введение
Актуальность работы. С развитием технологии и физики наноструктур представляется перспективным изучение фундаментальных закономерностей изменения свойств вещества при переходе от объемных монокристаллов к низкоразмерным системам и наноструктурам. При варьировании условий получения пленок, их структура может изменяться от неупорядоченного мелкодисперсного состояния до достаточно совершенного крупноблочного кристалла [1-4]. Использование дополнительных методов позволяет улучшить структуру пленки до монокристалла [5]. Отличие физических свойств тонких плёнок от свойств массивного вещества может быть обусловлено проявлением классического и квантового размерных эффектов вследствие малости толщины плёнки по сравнению с длиной свободного пробега или длиной волны де Бройля носителей заряда [2,6].
Вот уже на протяжении многих лет висмут, относящийся к классу полуметаллов, привлекает широкий круг исследователей вследствие своих уникальных свойств [7-9]. В сравнении с типичными металлами электроны в висмуте имеют низкую концентрацию (~ I О23 м‘3) и малую энергию Ферми (~ 25 мэВ) [10]. Вследствие небольшого фермиевского импульса вероятность фононного рассеяния носителей заряда при низких температурах мала и, соответственно, электроны в совершенных монокристаллах висмута имеют чрезвычайно большую длину свободного пробега (~ 103 мкм при 4,2 К). Эти особые свойства монокристаллического висмута приводят к тому, что размерные эффекты как классические, так и квантовые, проявляются при значительно больших размерах, чем в металлах. Эта особенность висмута обуславливает то, что он уже более полувека используется как модельный материал при исследовании размерных эффектов. Типичным объектом при исследовании размерных эффектов являются тонкие пленки висмута [2,11]. При исследовании их гальваномагнитных и термоэлектрических свойств выявлен целый ряд

Размер зерна слабо зависит от толщины, приблизительно по логарифмическому закону.
Температурные и толщинные зависимости ро, Я и М плёнок висмута, легированного теллуром, проанализированы в рамках анизотропной однозонной и двухзонной моделей. В качестве основного результата, отражающего отклонение анизотропной модели от изотропного случая, выступал параметр анизотропии £, составляющий около 0,1- Концентрация электронов и их обратная подвижность демонстрировали почти линейную зависимость от концентрации примеси теллура и обратной толщины пленки, соответственно. Рассчитанный из экспериментальных кривых коэффициент отдачи Те в В1 составлял один свободный электрон на 4-5 атомов Те (0,20-0,25 эл/ат).
Для обсуждения изменения подвижности электронов с толщиной с! использовалась модель Маядаса-Шацкеса [96], рассматривающая рассеяние на межзеренных границах по теории Фукса-Зондгеймера [97,98]. Существенная разница между подвижностью пленки экстраполированной к еГ’= 0 и подвижностью в монокристалле указывает на то, что в поли кристаллических плёнках висмута, легированного теллуром, границы зерен в высокой степени способствуют рассеянию электронов. Подвижность носителей заряда уменьшается с легированием, что авторы связывают с увеличением поверхностного и межзёренного рассеяния по сравнению с плёнками чистого висмута. Увеличение поверхностного рассеяния в данных работах объясняется снижением зеркального отражения на поверхности плёнки вследствие легирования. Увеличение концентрации электронов п с ростом температуры обусловлено соответствующим увеличением объёмной концентрации по за счет теплового возбуждения носителей. Увеличение п с уменьшением толщины плёнок авторы объясняют существенным увеличением изгиба зон за счет поверхностных состояний.
Легирование теллуром оказывает сильное влияние на электрические и гальваномагнитные свойства не только плёнок, но и нанопроволок висмута. В работах [91,92] исследовались нанопроволоки висмута, легированного теллуром,