Влияние атмосферного кислорода на состав и кинетические свойства тонких плёнок висмута

М. В. Добротворская$^{1}$, Д. С. Орлова$^{2}$, Е. И. Рогачева$^{2}$, А. Г. Федоров$^{1}$

$^{1}$Институт монокристаллов НАН Украины, просп. Науки, 60, 61001 Харьков, Украина
$^{2}$Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Кирпичёва, 21, 61002 Харьков, Украина

Получена: 12.09.2017. Скачать: PDF

Методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и измерения электрических и гальваномагнитных свойств исследовано влияние атмосферного кислорода на состав и свойства плёнок висмута толщиной $d$ = 10–200 нм. Свойства двух серий свежеприготовленных плёнок (с защитным покрытием EuS и без защитного покрытия) сравнивались с характеристиками этих плёнок после длительного (в течение 9 лет) пребывания на воздухе при комнатной температуре. Установлено, что в плёнках Bi без покрытия имеет место неравномерное по глубине окисление с образованием оксида висмута Bi$_2$O$_3$. При этом значения коэффициента Холла $R_H$ и магнетосопротивления $\Delta\rho/\rho$, а также их температурные зависимости практически не изменяются после пребывания в воздушной атмосфере, а электропроводность $\sigma$ снижается и тем значительнее, чем тоньше плёнка. С другой стороны, после длительного пребывания на воздухе в плёнках, покрытых сульфидом европия, Bi присутствует только в металлическом состоянии, а $\sigma$, $R_H$ и $\Delta\rho/\rho$ остаются практически неизменными. Из полученных результатов следует, что при наличии защитного покрытия даже очень длительное пребывание на воздухе при комнатной температуре не приводит к изменению химического состава и кинетических свойств плёнок висмута.

Ключевые слова: плёнки висмута, оксид висмута, окисление, электропроводность, коэффициент Холла, магнетосопротивление, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v39/i10/1307.html

PACS: 64.75.Lm, 73.50.Jt, 73.50.Lw, 73.61.At, 75.47.Np, 81.07.Bc, 81.65.Mq


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. H. J. Goldsmid, Introduction to Thermoelectricity (Berlin–Heidelberg, Germany: Springer: 2016).
  2. D. M. Rowe, Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano (Boca Raton–London–New York: CRC Press Taylor & Francis Group: 2006).
  3. Ю. Ф. Комник, Физика металлических плёнок. Размерные и структурные эффекты (Москва: Атомиздат: 1979).
  4. S. A. Gangal and R. N. Karekar, Pramana—Journal of Physics, 17, No. 6: 453 (1981). Crossref
  5. R. Atkinson and E. Curran, Thin Solid Films, 128, Iss. 3–4: 333 (1985). Crossref
  6. J. L. Cohn and C. Uher, J. Appl. Phys., 65: 2045 (1989). Crossref
  7. D. H. Kim, S. H. Lee, J. K. Kim, and G. H. Lee, Appl. Surf. Sci., 252: 3525 (2006). Crossref
  8. В. М. Грабов, Е. В. Демидов, В. А. Комаров, М. М. Климантов, ФТТ, 51, № 4: 800 (2009).
  9. N. Marcano, S. Sangiao, M. Plaza, L. Pérez, A. Fernández Pacheco, R. Córdoba, M. C. Sánchez, L. Morellón, M. R. Ibarra, and J. M. De Teresa, Appl. Phys. Lett., 96: 082110 (2010). Crossref
  10. T. Romann, E. Anderson, S. Kallip, H. Mändar, L. Matisen, and E. Lust, Thin Solid Films, 518, Iss. 14: 3690 (2010). Crossref
  11. Д. С. Орлова, Е. И. Рогачева, А. Ю. Сипатов, С. Н. Григоров, М. В. Добротворская, П. В. Матейченко, Нові технології. Науковий вісник КУЕІТУ, 28, № 2: 89 (2010).
  12. K. J. Stevens, B. Ingham, M. F. Toney, S. A. Brown, J. Partridge, A. Ayesh, and F. Natali, Acta Cryst. B, 63, No. 4: 569 (2007). Crossref
  13. Y. W. Park, H. J. Jung, and S. G. Yoon, Sens. Actuators. B, 156: 709 (2011). Crossref
  14. А. А. Завьялова, Р. М. Имамов, Кристаллография, 16: 369 (1969).
  15. S. K. Sharma and S. L. Pandey, Thin Solid Films, 62, Iss. 2: 209 (1979). Crossref
  16. L. Leontie, M. Caraman, M. Alexe, and C. Harnagea, Surf. Sci., 507: 480 (2002). Crossref
  17. R. B. Patil, J. B. Yadav, R. K. Puri, and V. Puri, J. Phys. Chem. Solids, 68, Iss. 4: 665 (2007). Crossref
  18. S. Condurache-Bota, N. Tigau, A. P. Rambu, G. G. Rusu, and G. I. Rusu, Appl. Surf. Sci., 257: 10545 (2011). Crossref
  19. S. Cho, A. DiVenere, G. K. Wong, J. B. Ketterson, J. R. Meyer, and C. A. Hoffman, Solid State Commun., 102, No. 9: 673 (1997). Crossref
  20. E. I. Rogacheva, S. N. Grigorov, O. N. Nashchekina, S. G. Lyubchenko, and M. S. Dresselhaus, Appl. Phys. Lett., 82, No. 15: 2628 (2003). Crossref
  21. Е. И. Рогачева, С. Н. Григоров, И. М. Кривулькин, А. Ю. Сипатов, В. В. Волобуев, А. Г. Федоров, И. И. Чернова, Сборник докладов 12-го Международного симпозиума «Тонкие пленки в электронике» (23–27 апреля, 2001) (Харьков: ННЦ ХФТИ, ИПЦ «Контраст»: 2001), с. 6.
  22. E. I. Rogacheva, S. G. Lyubchenko, and M. S. Dresselhaus, Thin Solid Films, 516, No. 10: 3411 (2008). Crossref
  23. E. I. Rogacheva, S. G. Lyubchenko, and A. A. Drozdova, Microelectronics Journal, 40: 821 (2009). Crossref
  24. E. I. Rogacheva, S. G. Lyubchenko, O. N. Nashchekina, A. V. Meriuts, and M. S. Dresselhaus, Microelectronics Journal, 40, No. 4: 728 (2009). Crossref
  25. А. В. Виноградов, И. В. Кожевников, Труды ФИАН, 196: 62 (1989).
  26. I. V. Kozhevnikov and A. V. Vinogradov, Journal of Russian Laser Research, 16, Iss. 4: 343 (1995). Crossref