Формування плівок силіциду Манґану методом магнетронного розпорошення, міряння кристалічної структури, термоелектричних та електрофізичних параметрів

К. Т. Довранов$^{1}$, М. Т. Нормурадов$^{1}$, І. Р. Бекпулатов$^{1}$, Т. О. Бузруков$^{2}$, Е. О. Давранов$^{3}$, Р. Йоркулов$^{3}$, І. Акбаров$^{1}$

$^{1}$Кафедра фізики, Каршинський державний університет, вул. Кучабаг, 17, 180119 Карші, Узбекистан
$^{2}$Термезький університет економіки та сервісу, вул. Фаровон, 4б, 190111 Термез, Узбекистан
$^{3}$Університет економіки та педагогіки, вул. Дустлік, 45, Карші, Узбекистан

Отримано: 15.03.2025; остаточний варіант - 02.07.2025. Завантажити: PDF

У даній роботі методою твердотільної йонної плазми з використанням пристрою магнетронного розпорошення вирощено тонкі плівки Mn4Si7 та виміряно морфологію їхньої поверхні, кристалічну структуру, Міллерові індекси, параметри ґратниці, термоелектричні й електрофізичні параметри плівок. Зеєбеків коефіцієнт зменшився, і зрештою тип зразків змінився з p-типу на n-тип. Коефіцієнт потужности виявився малим (P ≅ 1–4 мВт/(м⋅К2)) та дуже слабо збільшувався в діяпазоні температур 300–450 К і різко зростав у спостережуваному нами діяпазоні 500–580 К (P ≅ 850–3690 мВт/(м⋅К2)). Зі зменшенням товщини збільшується коефіцієнт потужности. Ширину забороненої зони за кімнатної температури для зразка, виготовленого йонно-плазмовою методою, було виміряно оптично, що становило Eg = 0,354 еВ. Дослідження показали, що шари Mn4Si7 розміром у ≤ 40 нм можуть бути вирощені на поверхні кристалу Si, утвореного магнетронним розпорошенням, але кристал Si не утворює повнорозмірний шар Mn4Si7. Під час термічного нагрівання за 300–750 К спостерігалося утворення нанорозмірних бульбашок у тонкому покритті Mn4Si7, вирощеному в умовах вакууму, а потім вони розривалися й утворювалися нанорозмірні дефекти. За 750 К дефекти звужуються, утворюючи єдине тонке покриття Mn4Si7. Результати мірянь свідчать про формування тонких плівок, вирощених методою твердотільної йонної плазми, та поліпшення їхніх термоелектричних і електрофізичних властивостей.

Ключові слова: Міллерові індекси, міжплощинна віддаль, чітка монокристалічна структура, Зеєбеків коефіцієнт, коефіцієнт потужности.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v48/i05/0513.html

PACS: 61.66.Fn, 61.72.Ff, 65.80.+n, 68.55.J-, 72.15.Jf, 73.50.Lw, 81.15.Cd


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. M. T. Normuradov, I. R. Bekpulatov, V. V. Loboda, B. D. Donaev, and I. Kh. Turapov, J. Phys. Math., 16: 78 (2023).
  2. B. D. Igamov, G. T. Imanova, A. I. Kamardin, and I. R. Bekpulatov, Bulletin of the Karaganda University. Series ‘Physics’, No. 3 (111): 50 (2023).
  3. B. B. Pitarch, J. P. Gonjal, A. Powell, P. Ziolkowski, and J. G. Canadas, J. Applied Phys., 124, No. 2: 025105 (2018).
  4. C. L. Shen, S. M. Yang, and K. C. Lu, Nanomaterials, 10, Iss. 9: 1880 (2020).
  5. K. T. Dovranov, M. T. Normuradov, Kh. T. Davranov, and I. R. Bekpulatov, Ukrainian J. Phys., 69, No. 1: 20 (2024).
  6. D. Y. N. Truong, Thermoelectric Properties of Higher Manganese Silicides (Disser. for PhD in Chemistry) (Waterloo: 2015).
  7. S. Choia, K. Kuboa, N. Uchiyamaa, and T. Takeuchi, J. Alloys Compd., 921: 166104 (2022).
  8. Q. R. Hou, W. Zhao, Y. B. Chen, and Y. J. He, Int. J. Modern Phys. B, 23, No. 16: 3331 (2009).
  9. M. Yu. Tashmetov, F. K. Khallokov, N. B. Ismatov, I. I. Yuldashova, I. Nuritdinov, and S. Kh. Umarov, Physica B: Cond. Matter, 613: 412879 (2021).
  10. S. K. Umarov, I. Nuritdinov, Z. Z. Ashurov, and F. K. Khallokov, Techn. Phys., 64: 183 (2019).
  11. M. T. Normuradov, Sh. T. Khozhiev, K. T. Dovranov, Kh. T. Davranov, M. A. Davlatov, and F. K. Khollokov, Ukrainian J. Phys., 68, No. 3: 210 (2023).
  12. L. Smrcok, V. Langer, M. Halvarsson, and S. Ruppi, J. Crystallography, 216, Iss. 7: 409 (2001).
  13. K. Dovranov, M. Vinnichenko, A. Kodirov, M. Normuradov, M. Davlatov, J. Parmonov, Kh. Davranov, D. Nabiyev, and N. Kurbonov, 2024 Int. Conf. Electrical Eng. Photonics (EExPolytech) (Oct. 17–18, 2024) (Saint Petersburg: 2024), p. 308.
  14. I. V. Erofeeva, M. V. Dorokhin, V. P. Lesnikov, Yu. M. Kuznetsov, A. V. Zdoroveishchev, and E. A. Pitirimova, XXI Int. Symp. ‘Nanophysics and Nanoelectronics’ (March 13–16, 2017) (Nizhny Novgorod: 2017), p. 1403.
  15. Q. R. Hou, W. Zhao, Y. B. Chen, D. Liang, X. Feng, H. Y. Zhang, and Y. J. He, Appl. Phys. A, 86: 385 (2007).
  16. Z. M. Wang, Q. R. Hou, and Y. J. He, Appl. Phys. A, 80: 1807 (2005).