Диссертация (1102573), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

Сопротивление плёнок In2O3:Sn, осаждённых при2300С, меньше сопротивления пленок, осажденных при комнатной температуре, что, вероятно,связано с большей степенью кристалличности пленок, синтезированных при температуре2300С. Удельное сопротивление пленок In2O3:Sn, так же, как и пленок ZnO, слабо зависит оттемпературы и уменьшается при понижении температуры.

В температурной зависимостисопротивления пленки In2O3:Sn, осажденной при комнатной температуре, наблюдаетсяминимум. Слабая зависимость удельного сопротивления от температуры и небольшая величинаудельного сопротивления исследованных плёнок указывают на то, что перенос электроновосуществляется по делокализованным состояниям зоны проводимости, а уровень Фермирасположен в зоне проводимости. Данное предположение согласуется с результатами измеренийэффекта Холла, которые представлены в следующем параграфе. Таким образом, согласнонаблюдаемым температурным зависимостям сопротивления и данным эффекта Холла,исследованные пленки ZnO:Ga, синтезированные в окислительных условиях и пленки In2O3:Sn,полученные распылением из оксидных мишеней, являются вырожденными полупроводниками[124][127-128].

Наличие минимума в температурной зависимости сопротивления в областинизких температур в вырожденных полупроводниках и металлах часто объясняют проявлениемэффекта слабой локализации носителей заряда.3.2 Эффект Холла, концентрации и подвижности электронов в пленках ZnO:Ga,синтезированных в окислительных условиях, и пленках In2O3:Sn, полученныхраспылением оксидных мишенейЗависимость э.д.с. Холла от магнитной индукции в исследованных пленках ZnO:Ga иIn2O3:Sn была линейна в интервале магнитных полей до 5 Тл.

(рисунок 3.2)6300 K77 K4.2K4.2K(a)4xy, мкОм*смxy, мкОм*см6ITO230ITORT200123B, Тл45Y1(б)4200,00,20,4B, Тл803xyмкОм*смR14.2 K(в)204,2K300K77K4xy,мкОм*смxy,мкОм*см3010200,00,20,4300K77K4,2KR2(г)210,6B, Tл012340,00,10,2B, Tл0,30,40,5B, TлРисунок 3.2 Эффект Холла в пленках в пленках In2O3:Sn (а) [124] и ZnO:Ga Y1 (б), ZnO:Ga R1(в), ZnO:Ga R2 (г) при разных температурахИзмерение эффекта Холла при разных температурах показало (рисунок 3.2), что видзависимости холловской компоненты удельного сопротивления от магнитного поля практическине меняется при изменении температуры от 295К до 4,2К.По величине коэффициента Холла были рассчитаны концентрации и подвижностиэлектронов в пленках (табл. 3.1), что также позволило оценить величину энергии Ферми изначения критерия Йоффе-Регеля [124][127-128].Таблица 3.1 Параметры электронов в плёнках ZnO:Ga, синтезированных в окислительныхусловиях, и In2O3:Sn, полученных распылением из оксидных мишенейОбразецn, 1019 (см-3)μ (см2/(В.c))EF (мэВ)l, (нм)kFlR16.7382132.83.6Y15.6181881.41.7R27.8162361.451.9Y27.1*8*2220.650.83R334* (77K)1.6* (77K)6400.230.49Y32.2*(77K)11.5*(77K)1000.660.57ITO RT641577027ITO 2304937640714* - формальный расчет концентрации и подвижности электронов по формуле для вырожденногоэлектронного газа (2.3-2.4) при 77К81СогласнополученнымзначениямэнергииФерми,статистикаэлектроноввисследованных пленках ZnO:Ga, синтезированных в окислительных условиях, и пленокIn2O3:Sn, осажденных при распылении оксидных мишеней, вырождена [124,127].За исключением пленок Y2, R3, Y3 в исследованных пленках выполнен критерийИоффе-Регеля, и перенос электронов по состояниям зоны проводимости может рассматриватьсякак квазиклассический, так как длина волны электрона меньше длины его свободного пробега.3.3 Магнетосопротивление плёнок ZnO:Ga и In2O3:Sn с металлическим типомпроводимостиИсследования показывают (рисунок 3.3), что в пленках ZnO:Ga (R1, R2, Y1) и In2O3:Sn(ITORT, ITO230) с металлическим типом проводимости при температурах ниже 30Кнаблюдалосьотрицательноемагнетосопротивление(ОМС)[124][127-128].Изменениесопротивления в пленках ZnO:Ga в магнитных полях до 4 Тл составляло 2,5%-6%.Соответствующее изменение сопротивления в пленках In2O3:Sn было в несколько раз меньше исоставляло порядка 0,6% в магнитных полях до 6 Тл.

Полученные величины ОМС согласуютсяс данными, представленными в литературе [94,119]0ITO230ITORT-2R1Y1-4R2-6012345B,ТлРисунок 3.3 Магнетосопротивление пленок ZnO:Ga, синтезированных в окислительныхусловиях, и пленок In2O3:Sn при 4,2K [127]Эффект ОМС в пленках ZnO:Ga сохраняется при изменении угла между вектороммагнитной индукции и нормалью к поверхности пленки от 0 до 90 градусов, однако,наблюдаемое ОМС существенно анизотропно по отношению к направлению магнитного поляотносительно плоскости пленки.

При этом характер зависимости магнетосопротивления82различен для пленок, осажденных на различные подложки. На рисунке 3.4 представленыграфики угловой зависимости магнетосопротивления для пленок R1 и Y1. В пленках ZnO:Ga,осажденных на подложки из r-сапфира, величина ОМС анизотропна по отношению кнаправлению магнитного поля в малых магнитных полях, однако, в магнитных полях более 2Тл наблюдаемое ОМС практически изотропно.0600=90, (Ом*м)-1, (Ом*м)-11000R14.2K(a)0=05000=90 - вектор магнитной индукции4000=02000=90 - вектор магнитной индукцииB перпендикуляренповерхности образцаB перпендикуляренповерхности образца000=90Y14.2K(б)00224B, TлB, TлРисунок 3.4 Магнетопроводимость пленок ZnO:Ga (R1) и (Y1) при изменении угла междувектором магнитной индукции и нормалью к поверхности пленки [127]В пленках ZnO:Ga, осажденных на YSZ подложки, зависимость магнетосопротивления отнаправления магнитного поля по отношению к плоскости пленки сохраняется в магнитныхполях до 4 Тл [127].

Разный характер угловой зависимости магнетосопротивления в сильных ислабых магнитных полях может быть проявлением изменения эффективной размерностиэлектронной системы. Так в теории слабой локализации [85-89] в магнитном поле помимодлины диффузии за время релаксации фазы волновой функции, Lφ еще одним параметром,определяющим размерность электронной системы по отношению к явлению слабойлокализации, является магнитная длина=ℏ. Изменение магнитного поля ведет кизменению соотношения между величиной магнитной длины, толщиной пленки и длинойдиффузии за время релаксации фазы волновой функции, а значит к изменению эффективнойразмерности электронной системы.

При этом для трехмерной электронной системы ОМС,обусловленное слабой локализацией, не зависит от угла между нормалью к поверхности пленкии вектором магнитной индукции, а, следовательно, для трехмерной электронной системыотрицательное магнетосопротивление, обусловленное слабой локализацией, изотропно. Длядвумерной и квазидвумерной электронной системы величина магнетосопротивления привращении в магнитном поле меняется. Следовательно, изменение эффективной размерности83системы должно проявляться в изменении характера зависимости магнетосопротивления приизменении направления магнитного поля, что, наблюдается в пленках ZnO:Ga с металлическимтипом проводимости [127].В пленке R1 увеличение магнитного поля до 4 Тл ведет к практически полномуподавлению угловой зависимости магнетосопротивления, и зависимость сопротивления отмагнитного поля становится изотропной.

В пленке Y1 в малых магнитных поляхмагнетосопротивление анизотропно по отношению к направлению магнитного поля.Анизотропия магнетосопротивления пленки сохраняется и в магнитном поле 4 Тл, что,вероятно, обусловлено анизотропией коэффициента диффузии электронов в самой пленке [127].Изменениеэффективнойразмерностиэлектроннойсистемывтеориислабойлокализации может происходить не только под воздействием магнитного поля, но и вследствиеизменения температуры.

Увеличение температуры влечет за собой уменьшение длины Lφ, чтоможет привести к изменению соотношения между толщиной пленки и длиной Lφ, а значит иэффективной размерности системы. Температурные зависимости магнетосопротивления пленокR1, R2, Y1 и ITORT представлены на рисунке 3.5.0,000,0027 K(а)27K18K12K-0,027KR1019 K11 K6K-0,054.2K12R2304(б)4.2 K12345B, TлB, Tл0,000B(в)-0,00228K19K11K-0,0046.5K4.2KITO RT01234B, TлРисунок 3.5 Магнетосопротивление при различных температурах в пленках ZnO:Ga (а)– R1, (б) – R2, (в) – Y184СростомтемпературывеличинаОМСуменьшается,именяетсяхарактермагнетосопротивления. Данные эффекты подтверждают изменение эффективной размерностисистемы.3.4 Выражение для магнетосопротивления пленок, обусловленного слабой локализацией,в условиях изменения эффективной размерности электронной системыВ исследованных пленках выполняется критерий Иоффе-Регеля, а значит, для анализанаблюдаемых особенностей электропроводности может быть применена теория квантовыхпоправок к проводимости.В зависимости от соотношения между характерными геометрическими размерамипроводника (d) и параметром масштаба теории определяется размерность электронной системыпо отношению к теории [85-89].

Характеристики

Список файлов диссертации