Диссертация (1102573), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Таким образом, в пленках ZnO, трехмерным по отношению к теории слабойлокализации, до температур 50 К наблюдался электрон-электронный механизм релаксациифазы.В работе [44], магнетосопротивление пленок n-ZnO было проанализировано в рамкахтеории слабой локализации. Полученные при аппроксимации магнетосопротивления значениядлины диффузии за время релаксации фазы волновой функции в области температур 0,05-5К(точки) и 10– 50К (квадраты) показаны на рисунке 1.55.Рисунок 1.55 Температурная зависимость времени релаксации фазы волновой функции впленках n-ZnO [44]При температурах 0,5-50 К температурная зависимость длины диффузии за времярелаксации фазы волновой функции имеет вид (~T-3/4), что характерно для электронэлектронного взаимодействия в разупорядоченных 3D системах. Так как=ℏ/=при50мК., то полученная закономерность согласуется с трехмерностью электронной системы поотношениюкэлектрон-электронномувзаимодействию.Придальнейшемпонижениитемпературы зависимость отклоняется от закона ~T-3/4, что авторы [44] объясняют размернымпереходом при T<50мК.Выводы Главы 1Таким образом, согласно существующим в литературе данным, электрические игальваномагнитные свойства прозрачных проводящих пленок ZnO и In2O3 зависят от методикии условий синтеза пленок и могут быть существенно модифицированы легированием.
В61зависимости от условий синтеза и легирования механизм электропроводности в плёнках можетбыть как зонным, так и прыжковым.В пленках ZnO с зонным механизмом электропроводности нет единого подхода кописанию поведения температурной зависимости сопротивления и ОМС, которое наблюдаетсяпри низких температурах. В ряде работ наблюдаемое в пленках n-ZnO ОМС непротиворечивоинтерпретируется в рамках теории слабой локализации. Следует отметить, что приинтерпретации ОМС в плёнках ZnO не анализировалось изменение размерности плёнки поотношению к слабой локализации..
В некоторых работах, наблюдаемое в плёнках ZnO ОМСописывается в рамках полуэмпирического подхода, предполагающего наличие несколькихтипов носителей заряда и рассеяние на магнитной примеси. При этом относительно небольшоеколичество работ посвящено анализу механизма неупругого рассеяния в пленках n-ZnO,определяющих релаксацию фазы волновой функции. Согласно немногим имеющимся влитературе данным основным механизмом неупругой релаксации является электронэлектронное неупругое взаимодействие.В пленках n-In2O3 с зонным механизмом переноса наблюдаемое ОМС в литературеописывается в рамках теории слабой локализации. Полученные значения времен релаксациифазы волновой функции достаточно велики (~0,2 нс при 4К). Температурные зависимостивремени релаксации фазы волновой функции указывают на преобладание электронэлектронного механизма неупругой релаксации при низких температурах.Преобладание электрон-электронного механизма релаксации фазы волновой функциинад электрон-фононным механизмом в пленках n-ZnO и n-In2O3 объясняется низкой (1018-1019cм-3) по сравнению с металлами концентрацией носителей заряда.Отрицательное магнетосопротивление наблюдалось в пленках In2O3 и при прыжковоммеханизме переноса носителей заряда.
Для прыжкового механизма переноса хорошо известенмеханизмпоявленияположительногомагнетосопротивления,обусловленногосжатиемволновых функций локализованных состояний в магнитном поле. Механизм появления ОМС впленках In2O3:Sn остается дискуссионным. В некоторых работах ОМС в пленках In2O3:Sn ссильной локализацией носителей заряда описывается моделью Нгуена-Шкловского-Спивака.Однако эти данные немногочисленны и для проверки данного механизма ОМС требуетсяизучение плёнок синтезированных в различных условиях.Легирование пленок n-ZnO атомами магнитной примеси в значительной степени влияетна электрофизические и гальваномагнитные свойства пленок.
В пленках ZnO:Co и ZnO:Mnнаблюдалось аномально большое положительное магнетосопротивление, которое не удаётсяобъяснить сжатием волновых функций в магнитном поле. В настоящее время предложено какминимум две модели для описания большого положительного магнетосопротивления в62системах с прыжковой проводимостью при наличии магнитной примеси. На данный моментимеетсянесколькоэкспериментальныхработ,посвященныханализуположительногомагнетосопротивления в плёнках ZnO:Co в рамках предложенных моделей. При этомрезультатыанализаявляютсябольшекачественными,чемколичественными.Дляколичественной проверки, совершенствования предложенных моделей и понимая влияниямагнитной примеси на перенос электронов в плёнках ZnO необходимы дальнейшиеисследования.63Глава 2 Методика синтеза и характеристики исследованных образцовВ работе были исследованы тонкие пленки ZnO, легированные галлием, изготовленныеметодом химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ) и пленки In2O3, легированныеоловом, осажденные методом магнетронного распыления.
Исследованные пленки отличалисьусловиями синтеза, концентрацией легирующей примеси и были осаждены на различныеподложки. Синтез и исследование структурных и морфологических характеристик пленококсида цинка были проведены на Химическом факультете МГУ к.х.н.
Буровой Л.И. влаборатории Кауля А.Р. Осаждение пленок оксида индия, легированного оловом, а такжеанализ структуры и состава плёнок были проведены в Центре материаловедения в лабораториипроф. Т. Йоханссона, Осло, Норвегия.2.1. Методика синтеза пленок ZnO:Ga и ZnO:CoСхема установки для осаждения пленок методом ХОГФ показана на рисунке 2.1. Присинтезе пленок методом ХОГФ пленка образуется в результате химических реакцийразложения летучего прекурсора, который доставляется к поверхности подложки газомносителем (рисунок 2.1). После подачи прекурсоров в испаритель с температурой 220 °C парыпрекурсоров потоком газа-носителя (Ar, 10 л/ч) подавались по горячим линиям (температура220 °C) в реактор и далее, смешиваясь с реакционным газом, к подложке. Температура, прикоторой проходил синтез пленок, варьировалась от 300 до 600 °C, контроль температурыпроизводился посредством термопары, помещенной в непосредственной близости от подложки.к насосуподача параH2Oк насосунагревгаз-носитель(Ar)инжекторпитательпитательиспарительиспарительгорячие линииO2горячие линииРисунок 2.1 Схема установки для выращивания образцов методом ХОГФ.
Слева — установкадля синтеза в окислительных условиях, справа — для синтеза в условиях пирогидролиза [120]64Для осаждения пленок, исследованных в данной работе, в качестве прекурсоров былииспользованы металлорганические соединения - ацетилацетонат цинка Zn(C5H7O2)2 иацетилацетонат галлия Ga(C5H7O2)3 - для получения пленок ZnO:Ga и Co(C5H7O2)2 для синтезапленок ZnO:Co. В качестве реакционного газа использовался кислород (синтез в окислительныхусловиях) и пары воды (синтез в условиях пирогидролиза).
Синтез пленок в условияхпирогидролиза можно проводить при более низкой температуре [120].Толщины полученных пленок варьировались от 60 до 900 нм.Исследованные плёнки ZnO были осаждены на полированные монокристаллическиеподложки с гексагональной сингонией: (1102) Al2O3 (r-сапфир), (0001) Al2O3 (c-сапфир) и скубической сингонией: (111) ZrO2 (Y2O3) (YSZ). Толщина подложек составляла 0.5 мм. Нарисунке 2.2 схематично показана ориентация пленки ZnO при осаждении на подложки: c- (a) иr-сапфира (б). [120]Рисунок 2.2 Ориентация пленки ZnO при Рисунок 2.2 Ориентация пленки ZnO приросте на подложке c-Al2O3 (а) [120]росте на подложке r-Al2O3 (б) [120]При росте на с-сапфире ось С3 гексагональной решетки ZnO параллельна оси С3сапфира: ZnO (0001) || Al2O3 (0001).Рисунок 2.3 Кристаллографические плоскости в сапфире [121]В таблице 2.1 перечислены индексы Миллера, соответствующие кристаллографическимплоскостям в сапфире, представленным на рисунке 2.3.65Таблица.2.1 Кристаллографические плоскости в сапфире [121]Название плоскостиAMCrNsИндекс Миллера(1120)(1010)(0001)(1102)(1123)(1011)При росте на YSZ подложке ось С3 ZnO параллельна направлению (111) подложки.Схематичное изображение ориентации пленки ZnO при росте на подложке YSZ показано нарисунке 2.4.Рисунок 2.4 Ориентация пленки ZnO при росте на подложке ZrO2(Y2O3) (YSZ) [13]2.2 Структура и морфология поверхности пленок ZnO:GaВ таблице 2.2 представлены данные об условиях синтеза, типе подложки, содержаниигаллия и толщине исследованных пленок оксида цинка, легированного галлием.Исследованиепленокметодомрентгеновскойдифракциибылопроведенонадифрактометре Riguki Smart Lab, данные получены на Химическом факультете МГУ.Нарисунке2.5приведенырентгеновскиедифрактограммыпленокR1,Y1,синтезированных в окислительных условиях.
Наличие высокоинтенсивных рефлексовуказывает на то, что пленки обладают высокой степенью кристалличности. Периодичностьрасположения пиков в спектре рентгеновской дифракции соответствует ориентации приэпитаксиальном росте на данном типе подложек.Врентгеновскойпирогидролиза(рисунокдифрактограмме2.6),пленокнаблюдаетсяZnO:Ga,наборосажденныхнизкоинтенсивныхвусловияхрефлексов,соответствующих структуре вюрцита, что указывает на поликристалличность пленок безопределенной ориентации кристаллитов.По данным рентгенофазового анализа параметр решетки c в исследованных пленкахувеличивается при увеличении содержания галлия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
