ОГЛАВЛЕНИЕ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ
РАЗМЕРНЫХ ЭФФЕКТОВ В ТОНКИХ ПЛЕНОКАХ ПОЛУМЕТАЛЛОВ .... 9
§1.1 Явления переноса электрического заряда в тонких пленках полуметаллов. 9
§1.2 Размерные эффекты в тонких пленках полуметаллов 12
Выводы к главе 1 18
ГЛАВА 2 ПОЛУЧЕНИЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК
ПОЛУМЕТАЛЛОВ 19
§2.1 Методы получения тонких плёнок полуметаллов 19
§2.2 Влияние технологических режимов напыления на качество тонких пленок висмута 23
§2.3 Методы контроля толщины тонких пленок висмута 25
§2.4 Методы исследования электрического сопротивления тонких пленок полуметаллов 27
§2.5 Особенности морфологии поверхности тонких плёнок висмута 29
Выводы к главе 2 33
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК ВИСМУТА 34
§3.1 Исследование морфологии тонких плёнок висмута 34
§3.2 Аттестация плёнок висмута 36
§3.3 Зависимость удельного сопротивления плёнок висмута от толщины 39
§3.4 Зависимость поверхностного сопротивления плёнок висмута от температуры 42
ГЛАВА 4 ЧИСЛЕННАЯ ОЦЕНКА РАЗМЕРНЫХ ЭФФЕКТОВ В ТОНКИХ
ПЛЁНКАХ ВИСМУТА 44
§4.1 Численная оценка коэффициента зеркальности в тонких плёнках висмута. 44
§4.2 Численная оценка длины свободного пробега в тонких плёнках висмута . 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 48
Актуальность работы связана с изменением физических свойств веществ при переходе веществ от объёмных кристаллов к тонким плёнкам.
Изменение физических свойств вещества, находящегося в виде тонкой плёнки в значительной мере обусловлено влиянием размерных эффектов. На явления переноса электрического заряда в тонких плёнках оказывают влияние: классический и квантовый размерные эффекты. Определение влияния и вклада каждого из этих эффектов — представляет собой востребованную и сложную задачу.
Размерный эффект — изменение в свойствах материала объекта, когда хотя бы одно из линейных измерений этого объекта оказывается сравнимым с характерной длиной какого-либо физико-химического процесса в материале. Примерами таких характерных длин являются длина волны де Бройля и длина свободного пробега электронов.
Исследование структуры получаемых пленок в зависимости от технологических условий их получения, исследование электрических свойств тонких плёнок полуметаллов в зависимости от толщины плёнки является актуальной задачей.
Полуметаллы — наиболее подходящие объекты для изучения размерных эффектов в тонких пленках. К полуметаллам относят: кремний, бор, германий, мышьяк, сурьму, теллур, а также висмут и углерод (полоний, астат, олово и фосфор). В качестве основного объекта исследований в данной работе, из полуметаллов, был выбран висмут. Тонкие пленки висмута обладают уникальными электронными свойствами такими как: малая эффективная масса основных носителей заряда, большая длина свободного пробега и высокая подвижность электронов. Уникальность свойств тонких пленок висмута, и технологичность их получения, больше всего подходят для изучения размерных эффектов электросопротивления.
Рассмотрим две основные причины изменение физических свойств вещества находящегося в виде тонкой плёнки.
Первая причина это разнообразность структуры пленки. В зависимости от технологии получения пленки можно получить структуру от мелкодисперсной до монокристаллической, при этом каждая структура будет обладать своими специфическими свойствами.
Вторая причина, это уменьшение толщины пленки до толщины сравнимой с длиной свободного пробега основных носителей заряда, что приводит к возникновению размерных эффектов. Размерные эффекты оказывают влияние на большинство физических явлений, наблюдаемых в тонких плёнках, но при этом проявляются в разных веществах с разной степенью. Например при близости толщины плёнки и длины свободного пробега электрона, размерный эффект начинает влиять на электропроводность пленки.
Для исследования физических свойств тонких плёнок висмута, в представленной работе был выбран следующий диапазон толщин плёнок: от области проявления классического размерного эффекта (250 нм) до области возможного проявления квантового размерного эффекта (10нм).
Методом электронно-лучевого распыления кристаллов висмута в безмаслянном вакууме, на стекле, получена серия однородных образцов тонких пленок висмута толщиной от 10 до 250 нм.
Определен оптимальный технологический режим получения пленок висмута. Произведена аттестация образцов на однородность пленки, различными методами и выбран оптимальный технологический процесс получения пленок.
Исследования поверхности пленок висмута показали, что пленка состоит из кристаллов гексагональной формы с осью симметрии перпендикулярной поверхности подложки. Нижняя часть пленки такая же гладкая как подложка, а верхняя поверхность имеет выраженный рельеф, образованный растущими кристаллами в виде пирамид и шестиугольников.
Характер зависимостей средней шероховатости поверхности и средней высоты фигур роста от толщины плёнки висмута на слюдяной подложке установлен как близкий к линейному. Установлено возрастание отношения средней высоты фигуры роста к толщине плёнки для плёнок толщинами меньше 40 нм по сравнению с плёнками больших толщин.
Произведена оценка длинны свободного пробега электронов в пленке висмута Хп=360 нм, что на много меньше чем у объемного кристалла. Это можно объяснить проявлением классического размерного эффекта, пленка представляет собой поликристалл с множеством межкристальных границ, на которых также происходит рассеяние носителей заряда схожее с рассеянием на поверхности.
В ходе работы были разработаны способы повышения качества пленок, но для их проверки и оптимизации требуется модернизация установки тор500.
Изучение процесса роста плёнок, проводимого непосредственно во время напыления.
