Автореферат (1102572), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

В главе 1 такжеизложены основные положения теории квантовых поправок к проводимости и представленывыражения для квантовых поправок к проводимости в магнитном поле для систем различнойразмерности.Исследование явления слабой локализации позволяет извлечь информацию о временирелаксации фазы волновой функции, которое является фундаментальным параметром в теорииФерми-жидкости. В заключительном разделе Главы 1 рассмотрены основные механизмырелаксации фазы волновой функции и представлены результаты теоретических работ,предсказывающих температурную зависимость обратного времени релаксации фазы волновойфункции для различных механизмов неупругой релаксации.

В этом же разделе представленылитературные данные об исследовании температурной зависимости обратного временирелаксации фазы волновой функции, полученного при аппроксимации отрицательногомагнетосопротивления выражениями для квантовых поправок к проводимости, в пленках оксидацинка и оксида индия. Согласно литературным данным в пленках оксида индия и цинканаблюдается температурная зависимость обратного времени релаксации, характерная дляэлектрон-электронного механизма релаксации фазы волновой функции. Однако значенияобратного времени релаксации фазы волновой функции существенно отличаются отпредсказываемых теорией.В главе 2 описана методика синтеза, состав, структура и морфология поверхностиисследованных плёнок, приведены результаты исследования магнитных свойств пленок ZnO:Co.Кроме того описана методика исследования электрофизических и гальвано-магнитных свойствпленок и проведен анализ погрешности измерений.Синтез и исследование структуры, состава и морфологии поверхности пленок оксидацинка были проведены на Химическом факультете МГУ к.х.н.

Буровой Л.И. в лаборатории10Кауля А.Р. Осаждение пленок оксида индия, легированного оловом, а также анализ структуры исостава плёнок были проведены в Центре материаловедения в лаборатории проф. Т.Йоханссона,Осло, Норвегия. Пленки оксида цинка были изготовлены методом химического осаждения изгазовой фазы на подложки из оксида циркония и сапфира при различных ориентацияхподложки.

Пленки оксида цинка были синтезированы в окислительных условиях и в условияхпирогидролиза.Согласноданнымокислительныхусловиях,былирентгенофазовогоэпитаксиальны,санализапленки,ориентациейосажденныероставкристаллитов,соответствующей ориентации подложки. Пленки, изготовленные в условиях пирогидролиза,были поликристалличны. При легировании галлием, атомы галлия замещают цинк ивстраиваются в междуузелия, вследствие чего часть атомов галлия остается электрическинеактивной.

Согласно результатам исследования края спектра рентгеновского поглощения, прилегировании кобальтом пленок оксида цинка, атомы кобальта замещают цинк и находятся взарядовом состоянии +2. Пленки оксида индия, легированные оловом, были изготовленыметодом магнетронного распыления из металлоксидных и металлических мишеней.

Пленкибылиизготовленыприразличныхтемпературах.Согласноданнымпросвечивающейэлектронной микроскопии, плёнки оксида индия, легированного оловом, синтезированныеметодом магнетронного распыления из оксидных мишеней, состоят из крупных кристаллитов,вытянутых перпендикулярно поверхности подложки. Толщина пленок определялась методомэллипсометрии и энерго-дисперсионного рентгеновского микроанализа, и составляла 30-90 нмДалее в главе 2 описана методика измерения электрофизических и гальваномагнитныхсвойств, и представлен анализ погрешности измерений.Измерения температурной зависимости сопротивления, магнетосопротивления иэффекта Холла проводились с использованием металлического гелиевого криостата.

Измерениетемпературы проводилось термопарой медь-константан. Магнитное поле до 6 Тл создавалосьсверхпроводящим соленоидом. Измерение магнетосопротивления и эффекта Холла проводилосьстандартным четырехконтактным методом.В главе 3 представлены результаты исследования электрофизических и гальваномагнитных свойств плёнок ZnO:Ga, синтезированных в окислительных условиях и плёнококсида индия, легированных оловом, полученных распылением оксидной мишени.Слабая зависимость удельного сопротивления от температуры и небольшая величинаудельного сопротивления исследованных плёнок указывает на то, что перенос электронов восновном осуществляется по делокализованным состояниям зоны проводимости. При низкихтемпературах (<30K) в температурной зависимости сопротивления пленок наблюдался ростудельного сопротивления при понижении температуры, что в вырожденных полупроводниках иметаллах часто объясняют проявлением эффекта слабой локализации носителей заряда.11Зависимость э.д.с.

Холла от магнитной индукции в исследованных пленках ZnO:Ga,синтезированных в окислительных условиях, и In2O3:Sn, полученных из оксидных мишенейбыла линейна в интервале магнитных полей до 5 Тл. По величине коэффициента Холла былирассчитаны концентрации и подвижности электронов в пленках, что позволило оценитьвеличину энергии Ферми и значение критерия Иоффе-Регеля. Максимальная подвижностьэлектронов в плёнках ZnO:Ga и проводимость плёнок достигается при содержании галлия около7 %, что коррелирует с данными рентгенофазового анализа Согласно полученным значениямэнергии Ферми и подвижности, статистика электронов в плёнках ZnO:Ga с содержанием галлияблизком к оптимальному вырождена, и перенос электронов по состояниям зоны проводимостиможет рассматриваться квазиклассически.Далее в главе 3 представлены результаты исследования магнетосопротивления пленокZnO:Ga, синтезированных в окислительных условиях, и In2O3:Sn, полученных из оксидныхмишеней.

Наблюдаемое ОМС существенно анизотропно по отношению к направлению векторамагнитного поля относительно плоскости пленки в области магнитных полей до 2 Тл и почтиизотропно в более сильных магнитных полях. Разный характер угловой зависимостимагнетосопротивления в сильных и слабых магнитных полях может быть проявлениемизменения эффективной размерности электронной системы под действием магнитного полявследствие изменения соотношения между магнитной длиной (), длиной диффузииза время релаксации фазы волновой функции (Lφ) и толщиной пленки. Толщина исследованныхпленок составляла 30-90 нм, при этом в магнитном поле с индукцией от 0.01 Тл до 1 Тлмагнитная длина уменьшается от 256 нм до 25.6 нм. Таким образом в интервале магнитныхполей, в котором в данной работе проводились измерения, изменяется эффективная размерностьэлектронной системы по отношению к явлению слабой локализации.Измерение температурной зависимости магнетосопротивления для исследованныхпленок оксида цинка, легированного галлием, и оксида индия, легированного оловом, показало,чтосростомтемпературывеличинаОМСуменьшается,именяетсяхарактермагнетосопротивления.

Данные эффекты связаны с изменением времени релаксации фазыволновой функции и эффективной размерности системы вследствие изменения температуры.Магнетосопротивление исследованных плёнок не удается удовлетворительно описать наоснове существующих выражений для квантовых поправок к проводимости, обусловленнойслабой локализацией, полученных для двумерных или трёхмерных систем, в широкомдиапазоне магнитных полей.Также в главе 3 изложен вывод выражения для магнетосопротивления, обусловленногослабой локализацией в условиях изменения эффективной размерности электронной системы.Полученное выражение для квантовой поправки к проводимости, обусловленное слабой12локализацией, при произвольном соотношении между толщиной плёнки, магнитной длиной идлиной диффузии электронов за время релаксации фазы волновой функции имеет вид:(1)Где, B0 – магнитное поле, ħ – постоянная Планка, e – элементарный зарядэлектрона, d – толщина пленки,- дигамма функция, D – коэффициент диффузии, τφ – времярелаксации фазы волновой функции.На основе численного анализа показано, что расчеты по формуле (1), полученной вданной работе, согласуются с выражениями для двумерной и трехмерной электронной систем ис изменением размерности электронной подсистемы при изменении магнитного поля.Далее в главе 3 представлен анализэкспериментальныхзависимостеймагнетопроводимостилегированногопленокгаллием,иоксидацинка,оксидаиндия,4.2K10002314(1).Нарис.1.представленаэкспериментальная магнетопроводимость плёнкиоксида цинка, легированного галлием, притемпературе4,2К,аппроксимациивыражением(1),атакжедлятолстойпленки [1] и выражением для двумерной поотношению к слабой локализации электроннойсистемы [2].СоответствующиезначенияпараметраLφпредставлены в подписи к рис.

1. Как видно изрис.1,зависимость(1)500результатмагнетопроводимостивыражением(Ом м)выражения-1легированного оловом, на основе полученногоаппроксимирует001234B, ТлРис.1Сравнениетеоретическихзависимостей магнетопроводимости пленкиZnO:Ga d=60нм с экспериментальнымиданными: 1 экспериментальные данные, 2зависимость (1) (Lφ =187 нм), 3 зависимостьдля толстых пленок [1] (Lφ =310 нм), 4зависимость для 2D [2] (Lφ =182 нм)экспериментальную зависимость значительно лучше, чем выражение для двумерной системы.При этом значение параметра Lφ соответствует промежуточной размерности, то есть сравнимо столщиной плёнки. Отметим, что экспериментальная кривая магнетосопротивления может бытьаппроксимирована выражением для толстых пленок, полученным в работе [1]. Однакополучающееся при этом значение Lφ = 310 нм не согласуется с условием толстой пленки(d>>Lφ), для которого выражение для толстой пленки было получено в работе [1].

На рис. 2представлены результаты аппроксимациивыражением (1) экспериментальныхданных13магнетопроводимости пленки оксида цинка, легированной галлием, толщиной 60 нм приразличных температурах. Полученные значенияпараметра длины Lφ приведены в подписи к рис. 2.Взаключительномразделеглавы3представлен анализ температурной зависимостипленках оксида цинка, легированного галлием, иоксида индия, легированного оловом, выражением(1). Получено, что в пленках оксида цинка,-112K27K0пленках оксида индия, легированного оловом,времени релаксации фазы волновой функциисоответствует электрон-электронному механизмурелаксации фазы в трехмерной по отношению кэлектрон-электронному взаимодействию системе.Характер температурной зависимости обратного18K500легированного галлием, толщиной 60 нм и 90 нм иформа температурных зависимостей обратного4.2K7K(Ом м)времени релаксации фазы волновой функции вR1100001234B, TлРис.2Экспериментальныеданныемагнетопроводимости плёнки ZnO:Gaтолщиной 60 нм, при различнойтемпературе (точки) и аппроксимациявыражением (1) (линии): 4.2 К (Lφ = 187нм), 7 К (Lφ = 132 нм), 12 К (Lφ =90 нм), 18К (Lφ = 62 нм), 27 К (Lφ=48 нм)времени релаксации фазы волновойфункции для пленки оксида цинка, легированного галлием, толщиной 30 нм, иной.

Характеристики

Список файлов диссертации