Блочная структура пленок висмута и ее влияние на подвижность носителей заряда

• Автор: Демидов, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Введение

Глава 1. «Анализ литературных данных по исследованию структуры и

свойств пленок висмута»

§ 1.1. Кристаллическая структура висмута

§ 1.2. Зонная структура кристаллов висмута

§ 1.3. Гальваномагнитные свойства пленок висмута

§ 1.4. Получение пленок висмута и пути улучшения их структуры

Выводы к главе

Глава 2. «Методы получения и исследования структуры поверхности,

блочной структуры и явлений переноса в пленках висмута»

§ 2.1 Получение пленок висмута методом термического испарения в

вакууме
§2.2 Метод атомно-силовой микроскопии
§2.3 Экспериментальные методы исследования явлений переноса в
пленках висмута
§ 2.4 Способы выявления границ, определения размеров и взаимной ориентации кристаллитов пленок висмута
2.4.1. Травление
2.4.2. Декорирование
2.4.3 Кристаллографическая ориентация фигур роста и ямок
травления
§ 2.5 Количественное описание структуры пленок висмута. Анализ
ошибок экспериментов
Выводы к главе
Глава 3. «Результаты исследования структуры и явлений переноса в
пленках висмута»
§ 3.1 Структура пленок висмута
3.1.1 Структура поверхности пленок висмута
3.1.2 Объемная структура пленок висмута на слюде

§ 3.2 Влияние режимов термического напыления на структуру пленок висмута
3.2.1 Влияние скорости осаждения
3.2.2 Влияние температуры подложки
3.2.3 Влияние толщины пленки
3.2.4 Влияние отжига
§ 3.3 Гальваномагнитные свойства пленок висмута
Выводы к главе
Глава 4. «Совершенствование структуры пленок висмута с целью
повышения подвижностей носителей заряда»
§4.1 Модель процесса отжига, приводящего к увеличению размеров
кристаллитов
§ 4.2 Проявление классического размерного эффекта на границах
кристаллитов
Выводы к 4 главе
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы. Развитие физики наноструктур и нанотехнологий является одним из важнейших направлений современного научно-технического прогресса. Для установления фундаментальных закономерностей, определяющих свойства низкоразмерных структур, оптимальным является исследование изменения свойств вещества при переходе от массивных монокристаллов к низкоразмерным структурам и наноструктурам. Для исследований в данном направлении широкие возможности открываются изучением полуметаллов висмута и сплавов висмут-сурьма, сочетающих в себе характерные свойства как металлов, так и полупроводников, характеризующихся малыми эффективными массами и высокими подвижностями носителей заряда [1,2,3], в связи с чем классические и квантовые размерные эффекты проявляются при размерах образцов на порядок превышающих размеры аналогичных структур [4]. Поэтому исследование процессов кристаллизации, структуры поверхности и явлений переноса в пленках висмута является актуальным, представляющим научный и практический интерес.
Высокая чувствительность гальваномагнитных свойств висмута и его сплавов к внешним воздействиям, особенно при низких температурах, может служить основой для создания различных приборов: чувствительных неселективных болометров, радиационных термопар, чувствительных тензодатчиков. Благодаря размерным эффектам представляется перспективным использование тонких пленок В1 для изготовления термоэлектрических преобразователей энергии [5-8].
В ряде работ [9,10] высказываются предположения о возможности перехода тонких пленок висмута при уменьшении их толщины до (20-30) нм из полуметаллического состояния в полупроводниковое состояние. С этим предположением также связывают возможность значительного увеличения термоэлектрической эффективности пленок висмута [11].

Однако, если использовать структуру пленки, в которой ось Сз всех кристаллитов будет перпендикулярна подложке, то анализ результатов измерений упрощается. В частности для этого случая, при ВЦСз, и ориентации вектора плотности тока j в плоскости подложки, значение удельного сопротивления, Холловской разности потенциалов и магнетосопротивления не будут зависеть от ориентации бинарных осей КрИСТаЛЛИТОВ В ПЛОСКОСТИ ПОДЛОЖКИ [15], Т.К рп = р22, Rl23~2I3, и А133 = Ртъ-
При напылении на слюду при определенных условиях получаются пленки висмута именно такой структурой с осью С3 ориентированной перпендикулярно подложке [15,16,91,]. Это позволяет использовать слюду в качестве подложки для получения пленок, в которых можно проводить в рамках разработанной электронной теории явлений переноса для полуметаллов исследования влияния дефектов структуры, в первую очередь границ блоков, на гальваномагнитные свойства пленок висмута.
Электронная теория явлений переноса для монокристаллического висмута подробно рассмотрена как для квадратичного закона дисперсии [2], так и для неквадратичного [28].
В настоящей работе для описания явлений переноса в пленках был выбран квадратичный закон дисперсии. Это связано с тем, что выражение для кинетических коэффициентов в этом случае упрощаются и имеют более наглядный вид.
Вывод выражений для коэффициентов переноса основывается на решении уравнения Больцмана:
(df/dt) = (df/ct)D + (df/ä)E + (Sf/ä) W, (1.10)
где / - функция распределения носителей заряда по энергетическим состояниям, (cf/ct)D - скорость изменения функции распределения вследствие диффузии носителей заряда, (qf/ct)E - скорость изменения функции распределения вызванное внешними воздействиями (внешними полями), (df/dt)W - скорость изменения функции распределения обусловленное рассеянием носителей заряда.