ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электрические свойства из "Физика и химия твердого состояния" Проводимость металлических НК и пленок. В зависимости от стадии роста пленка может быть островковой (гранулированной), пористой (сетчатой) или сплошной. Каждая стадия характеризуется определенными электрическими свойствами, причем их следует рассматривать отдельно [3]. [c.490] Электропроводность гранулированных пленок йамного порядков меньше, чем массивного материала, и обычно характеризуется отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Установлено, что электропроводность экспоненциально зависит от величины, обратной температуре, свидетельствуя тем самым о том, что механизм проводимости можно термически активировать. Электропроводность носит омический характер в области слабых электрических полей, но становится нелинейной в сильных полях. Экспериментальные результаты трактуются на основе различных механизмов проводимости, таких как термоэлектронная и шоттковская эмиссия, туннелирование через вакуумный зазор и ловушки в диэлектрической подложке (см. гл. IX). [c.490] После стадии, на которой происходит слияние островков, структура пленки напоминает сетку. Электропроводность таких пленок, связанная с островками, мостиками и зазорами между ними, очень чувствительная к физическим и электрическим изменениям прежде всего нитевидных мостиков из-за старения, отжига и адсорбции. Температурный коэффициент сопротивления такой пленки есть сумма положительного металлического (островки) и отрицательного активационного (зазора) вкладов. Электропроводность пористых пленок в значительной степени определяется рассеянием на межгранулъных границах, диффузным рассеянием от поверхностей зерен и межгранульным туннелированием. Этими же механизмами определяется электропроводность сплошных сильно гранулированных пленок различных материалов, таких как тугоплавкие металлы. Сложный механизм электропроводности пористых пленок труден для анализа [3]. По мере заполнения сетчатой структуры пористость убывает, пленка в конце концов становится сплошной. [c.490] Для зеркального отражения волн необходимо, чтобы шероховатости были малы по сравнению с длиной волны. В металлах длина волны Бройля для электронов на поверхности Ферми кр = 2п1кр составляет величину порядка одного межатомного расстояния. Следовательно, даже самое тщательное приготовление макроскопически плоской поверхности оказывается неудовлетворительным в свете столь жесткого требования. Интересно, однако, заметить, что зеркальное отражение наблюдалось в тонких совершенных пленках висмута. Это объясняется крайне малым числом электронов проводимости в этом полуметалле. Действительно, величина кр в висм-уте мала и кр составляет несколько сотен межатомных расстояний. [c.491] Теория переноса в тонких пленках и НК основана на решении уравнения Блоха (190) с подходящими граничными условиями [3, 4]. Обычно используют простой феноменологический подход, при котором считают, что р-я часть электрона отражается зеркально, а все остальные электроны рассеиваются диффузно, т. е. равномерно по всем направлениям, независимо от первоначального направления их падения на поверхность образца. Это — самая простая теория, она содержит всего один параметр, и все разнообразие случаев заключено в интервале изменения параметра от нуля, когда поверхность считается абсолютно шероховатой, до единицы, когда она считается абсолютно зеркальной. [c.491] В случае, когда р О, в первые формулы (798) и (798а) надо ввести (перед Uh, lid) множитель (1 — р), а во вторые (1 — р)(1 + + р) [4]. [c.491] Выражения (798) можно интерпретировать просто в терминах уменьшения средней длины свободного пробега (это явление обычно называют размерным эффектом) вследствие рассеяния на поверхности образца. Если предположить, что рассеяние на поверхности и релаксационные механизмы в объеме статистически независимы, то можно написать И = 1//о + где /о и 4 — средние длины свободного пробега соответственно при рассеянии в объеме и на поверхности. [c.492] Для НК и пленки сопротивление, рассчитанное с помош,ью соотношений (799), отличается от точных численных результатов Дингла во всем интервале О IJd оо не более чем на 5%. [c.492] Из соотношений (799) следует, что среднюю длину свободного пробега в объеме 1 можно получить из измерений сопротивления как функции диаметра НК или тонкой пленки. [c.492] На рис. 195 показала зависимость р от d (или 1//г), из которой можно определить ро и /о- Поскольку произведение ро/о зависит только от концентрации электронов проводимости и их импульса на поверхности Ферми, графики р как функции l/d (или К), полученные из измерений при различных температурах, должны быть параллельными прямыми линиями. Однако во многих случаях отмечены значительные отклонения [3]. Они свидетельствуют о том, что электрон-фононное рассеяние в тонком образце является более эффективным релаксационным механизмом, чем в объеме. [c.492] В вакууме. Эти данные сравниваются с теорией Фукса при р = О (диффузное рассеяние). Расчетная кривая хорошо согласуется с экспериментальными данными. [c.493] Если же концентрация ловушек мала, а контакты омические (т. е. уровень Ферми в контактном материале очень близко подходит к зоне проводимости диэлектрика, так что обеспечено неограниченное введение электронов проводимости), то прохождение тока должно зависеть главным образом от пространственного заряда. [c.494] При определенных упрощающих предположениях перечисленные механизмы поддаются количественному описанию [3]. Однако анализ экспериментальных данных сложен, потому что во многих случаях одновременно действует ряд механизмов. [c.494] Сверхпроводимость НК и пленок. Первые работы с пленками олова, таллия и свинца, проведенные с целью обнаружения аномальных свойств сверхпроводников малых размеров, предприняты сравнительно давно (Шальников А. И., 1940 г). Установлено, например, что свежеосаждепные пленки действительно имеют аномально высокие и Исключение составляют лишь свинец, которого не меняется даже при конденсации на подложку с температурой 4 К, и ртуть. Тс которой (табл. 10) немного понижается при такой низкотемпературной конденсации. [c.494] Л Утверждение (Ю. Г. Михайлов и др., 1959 г.) о сверхпроводимости пленок железа пока остается сомнительным, хотя возможность сосуществования сверхпроводимости и ферромагнетизма не отрицается (Б. Т. Маттиас, 1963 г.). [c.494] Примечание. — критическая температура для массивного материала. [c.495] Электронографические исследования [5] показали, что сразу после конденсации при 4 К все исследованные пленки имеют предельно разупорядоченную квазиаморфную структуру. После отогрева ( отжига ) до комнатной температуры происходят бурные процессы рекристаллизации и упорядочения, что приводит к резкому понижению Тс- Исключение составляет свинец. Тс которого при этом не меняется. [c.495] Наблюдаемое изменение Тс к) пленок непереходных металлов может быть обусловлено действием двух групп механизмов. Одна группа механизмов с уменьшением к повышает Т , другая, наоборот, уменьшает. В ультратонких пленках (к 50 А) преобладающее влияние оказывает вторая группа механизмов. В пленках переходных металлов в основном, по-видимому, действует тоже только вторая группа механизмов. [c.496] Возможно [см. выражение (487)], существенное влияние на изменение Тс, особенно Тс переходных элементов, оказывает величина плотности состояний N (0), неконтролируемым образом меняющаяся при переходе металла в момент конденсации в квази-аморфное состояние. Несомненно, значительно влияют на Тс пленок и примеси, особенно примеси внедрения, кислород и азот. [c.497] Вернуться к основной статье