Вплив атмосферного кисню на склад і кінетичні властивості тонких плівок вісмуту

М. В. Добротворська$^{1}$, Д. С. Орлова$^{2}$, О. І. Рогачова$^{2}$, О. Г. Федоров$^{1}$

$^{1}$Інститут монокристалів НАН України, просп. Науки, 60, 61001 Харків, Україна
$^{2}$Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», вул. Кирпичова, 21, 61002 Харків, Україна

Отримано: 12.09.2017. Завантажити: PDF

Методами рентґенівської фотоелектронної спектроскопії та міряння електричних і ґальваномагнетних властивостей було досліджено вплив атмосферного кисню на склад і властивості плівок бісмуту товщиною $d$ = 10–200 нм. Властивості двох серій свіжоприготовлених плівок (із захисним покриттям EuS і без захисного покриття) порівнювалися з характеристиками цих плівок після тривалого (протягом 9 років) перебування на повітрі за кімнатної температури. Встановлено, що в плівках Bi без покриття спостерігається нерівномірне за глибиною окиснення з утворенням оксиду бісмуту Bi$_2$O$_3$. При цьому значення Голлового коефіцієнта $R_H$ і магнетоопору $\Delta\rho/\rho$, а також їх температурні залежності практично не змінюються після перебування в повітряній атмосфері, а електропровідність $\sigma$ знижується і тим значніше, чим тонша плівка. З іншого боку, після тривалого перебування на повітрі в плівках, вкритих сульфідом європію, Bi присутній тільки в металічному стані, а $\sigma$, $R_H$ та $\Delta\rho/\rho$ залишаються практично незмінними. Згідно з одержаними результатами, можна стверджувати, що при наявності захисного покриття навіть дуже тривале перебування на повітрі за кімнатної температури не приводить до зміни хемічного складу та кінетичних властивостей плівок бісмуту.

Ключові слова: плівки бісмуту, оксид бісмуту, окиснення, електропровідність, Голлів коефіцієнт, магнетоопір, рентґенівська фотоелектронна спектроскопія.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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