Автореферат (1102572), страница 2
Текст из файла (страница 2)
При таком содержании галлия преобладаетзонный механизм электропроводности, а статистика электронов вырождена при температурахдо 295 К.В поликристаллических плёнках ZnO:Ga, осаждённых в условиях пирогидролиза вдиапазоне температур 4,2-295К наблюдается прыжковая проводимость с переменной длинойпрыжка. При увеличении содержания галлия плотность локализованных электронныхсостояний на уровне Ферми увеличивается, а радиус локализации состояний изменяется слабо.Отрицательное магнетосопротивлениев исследованныхплёнкахоксида цинка,легированного галлием, синтезированных в окислительных условиях, и пленках оксида индия,легированного оловом, синтезированных из оксидных мишеней, может быть описанополученным в работе выражением для магнетосопротивления, обусловленного слабойлокализацией, действительным при изменении размерности пленки по отношению к явлениюслабой локализации под действием магнитного поля.Температурные зависимости времени релаксации фазы волновой функции электронов,полученные при аппроксимации отрицательного магнетосопротивления плёнок оксида цинка,легированного галлием, и оксида индия, легированного оловом, описываются степеннымифункциями с показателем степени, соответствующим электрон-электронному механизмурелаксации фазы.
При этом экспериментальные значения времени релаксации фазы волновой6функции в несколько раз меньше теоретических для электрон-электронного и электронфононного механизмов релаксации.Положительное магнетосопротивление в плёнках оксида цинка, легированногокобальтом, с прыжковым механизмом проводимости может быть, в ограниченном интервалемагнитных полей, объяснено уменьшением плотности электронных состояний на уровне Фермив магнитном поле вследствие обменного взаимодействия между электронами проводимости ислучайно расположенными атомами кобальта. Полученное из анализа магнетосопротивлениязначение радиуса локализации электронных состояний близко к радиусу мелких доноров в ZnO.Научная и практическая значимость работыНаучная ценность работы заключается в том, что представленные в работе данныеполучены при исследовании пленок легированных оксидов цинка и индия, являющихсяширокозонными полупроводниками и обладающими необычным сочетанием свойств —прозрачностью в видимом диапазоне электромагнитного излучения и высокой подвижностьюэлектронов.Приисследованияхопределялисьзависимостиэлектрофизическихигальваномагнитных свойств пленок оксида цинка, легированного галлием и кобальтом, и пленококсида индия, легированного оловом, от содержания легирующей примеси в широком диапазонетемператур от 4,2 до 295К и магнитных полей до 6 Тл, при этом учитывались методы ипараметры синтеза исследуемых пленок.Так, в результате выполнения работы установлено, что при легировании галлиемконцентрация и подвижность электронов в плёнках ZnO:Ga, осаждённых из газовой фазы вокислительных условиях, достигает максимального значения при содержании галлия близком к7 ат.%, При таком содержании галлия преобладает зонный механизм электропроводности.Установлено,что в поликристаллических плёнкахZnO:Ga,осаждённых вусловияхпирогидролиза, наблюдается прыжковая проводимость с переменной длиной прыжка.Обнаружено, что в плёнках оксида цинка, легированного кобальтом, при низких температурахнаблюдаетсяаномальноеположительноемагнетосопротивление,величинакоторогоувеличивается при увеличении содержания Со.
Получено выражение для квантовой поправки кпроводимости, обусловленной слабой локализацией, действительное для плёнок произвольнойтолщины при изменении магнитного поля и температуры. Полученные в работе результатымогут иметь практическое применение при решении задач по повышению электропроводностиплёнок оксида цинка, легированного галлием, кобальтом и оксида индия, легированного оловом.Обоснованность и достоверность результатовОсновные результаты и выводы диссертации получены в результате анализаэкспериментальных данных.
Экспериментальные данные получены на достаточном количествеисследованныхобразцов.Достоверностьполученныхэкспериментальныхданных7подтверждается их воспроизводимостью и использованием надежных и проверенных методик.Анализ экспериментальных данных проводился на основе большого количества литературныхданных с использованием современных моделей и теоретических подходов. Всё перечисленноеподтверждает достоверность полученных результатов и выводов диссертацииАпробация результатов работыРезультаты, полученные в настоящей работе, докладывались на:1. 35-м Совещании по физике низких температур, Черноголовка, 2009.2. 7 Курчатовская молодежная научная школа, РНЦ "Курчатовский институт", 2009;3.
Международной конференции «International Conference of functional materials», Partenit, 2009.4. 36-м Совещании по физике низких температур, Санкт-Петербург, 2012.5. ХIХ Международной зимней школе по физике полупроводников, Екатеринбург, 2012.6. ХХ Международной зимней школе по физике полупроводников, Екатеринбург, 2014.7. Международном симпозиуме «Moscow International Symposium on Magnetism», Moscow, 2014.8. Международной конференции «27th International Conference on Low Temperature Physics,Buenos-Aires», 2014.9. Международной конференции «5th International Symposium on Transparent ConductiveMaterials», Platanias, 2014.10.
Российской конференция по физике и астрономии Санкт-Петербург, 2014.ПубликацииПо теме диссертации опубликована 21 работа, в том числе 5 статей, 14 тезисов и 2 трудовдокладов конференций.Личный вклад автора в диссертационную работуАвтором внесен основной творческий вклад в диссертацию. Экспериментальные данные поисследованию электрофизических и гальвано-магнитных свойств плёнок оксида цинка,легированного кобальтом и галием, и пленок оксида индия, легированного оловом,представленные в диссертации, получены автором лично. Анализ и систематизацияэкспериментальных данных проведены непосредственно автором диссертации.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, включает список цитированнойлитературы из 140 ссылок.
Объем диссертации составляет 132 страницы, включая 116 рисункови 8 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснованы актуальность темы и выбор объекта исследований, указаныцели и задачи исследований, показана новизна и апробация работы.В главе 1 представлен обзор литературных данных о кристаллической, зонной структуре,8электрофизических и гальваномагнитных свойствах оксидов индия и цинка.В начале главы 1 представлены современные данные о кристаллической и электроннойструктуре оксидов цинка и индия.
В настоящее время известно, что оксид цинкакристаллизуется в трёх модификациях, из которых наиболее распространённой являетсяструктура вюрцита. Согласно имеющимся экспериментальным данным и теоретическимрасчётам из первых принципов, оксид цинка является широкозонным полупроводником сшириной запрещённой зоны 3,4 эВ. Минимум зоны проводимости и максимум валентной зонырасположены в центре зоны Бриллюэна, эффективная масса электронов в оксиде цинкасоставляет 0,28 me. Оксид индия имеет кристаллическую структуру типа биксбита, первой зонойБриллюэна для In2O3 является фигура, похожая на кубоктаэдр. Результаты теоретическихрасчетов и исследование спектров оптического поглощения кристаллов In2O3, представленные вработе, указывают на то, что In2O3 имеет прямую запрещенную зону, ширина фундаментальнойзапрещенной зоны составляет 2,9 эВ. Эффективная масса электронов в In2O3 составляет 0.35m*.Также в главе 1 представлены данные о влиянии легирования на проводящие свойстваоксида индия и цинка.
Отмечено, что легирование донорной примесью может значительноувеличить концентрацию электронов проводимости в плёнках оксида цинка и оксида индия.Легирование пленок оксида цинка магнитной примесью может значительно модифицироватьэлектрофизические и другие свойства пленок.Далее в главе 1 приведены литературные данные об исследовании подвижностиэлектронов в пленках оксида цинка и оксида индия, рассмотрены основные механизмырассеяния электронов. Показано, что в пленках оксида цинка значительную роль играетрассеяние на полярных оптических фононах, ионах примеси и границах кристаллитов. Вплёнках In2O3:Sn рассеяние на границах зерен и акустических фононах, предположительно,играет второстепенную роль, при этом сильное влияние на проводимость оказывает рассеяниеэлектронов проводимости на нейтральной и ионизированной примеси.Далее представлен обзор литературных данных об исследовании электрофизическаихсвойств пленок оксида цинка и оксида индия с прыжковым механизмом переноса носителейзаряда, приведены основные модели, применяемые для анализа магнетосопротивления плёнокZnO и In2O3 с прыжковым механизмом переноса электронов.
Согласно литературным данным,условия синтеза и тип легирующей примеси значительно влияют на механизмы проволимости имагнетосопротивление в пленках оксида индия и оксиде цинка. В пленках оксида цинка,легированных ионами магнитной примеси кобальта или марганца, наблюдался прыжковыйперенос носителей заряда и аномальное положительное магнетосопротивление. Механизмформирования аномального положительного магнетосопротивления является дискуссионным. Впленках оксида индия с прыжковым механизмом переноса наблюдалось отрицательное9магнетосопротивление (ОМС), которое в литературе интерпретировалось в рамках модели,учитывающей интерференцию электронов при туннелировании.Кроме того в главе 1 представлены литературные данные об исследованиитемпературной зависимости сопротивления и магнетосопротивления в пленках оксида цинка иоксида индия с вырожденной статистикой электронов.
Согласно представленным в литературеданным при низких температурах в пленках оксида индия и цинка наблюдались температурныезависимости сопротивления и магнетосторпотивления, которые характерны для явления слабойлокализации. Анализ ОМС в данных пленках проводился на основе теории квантовых поправокк проводимости, при этом наблюдаемое в пленках отрицательное магнетосопротивтление невсегда описывалось известными выражениями для квантовых поправок к проводимости длядвумерных или трехмерных систем, что может быть связано с изменением размерности пленокпо отношению к явлению слабой локализации под действием магнитного поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
