Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [ 42 ] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

2<0


Рис. 2.28. Зависимость коэффициента Холла при 77 К в пленках РЬТе (1-4), PbSe (5-7) и PbS (8) от времени выдержки на воздухе при атмосферном давлении (сплошная кривая) и давлении ОД Тор (штриховая)

Рис. 2.29. Зависимость изменения коэффициента термо-ЭДС (1, 3) и удельной электропроводности (2, 4), измеренных при 300 К, от толш,ины пленок р - BiosSeigTeg после отжига на воздухе {Т= 315° С, = 10 ч) при а, = 220 мкВ/К, а = 1000 Ом"! см (1, 2) и 150 мкВ/К, 2500 Ом"! см- (3, 4)

Из-за относительно малого размера атомов кислорода и большого периода решетки РЬТе при диффузии кислорода по междоузлиям коэффициент диффузии при комнатной температуре мо-:жет достигать величины 4-10" смс [189]. Более того, скорость диффузии в пленках по сравнению с объемными кристаллами мо-ет быть значительно выше (по оценкам [191] более чем в 10 раз) за счет дефектности структуры (двойники, блочность, высокая IQio - 101 см~2 плотность дислокаций). В таких структурах кислород, диффундируя преимущественно по границам блоков (зерен), кроме легирующего действия, вносит значительные иска-ления потенциального рельефа на границах. Так, согласно [147], кислород в РЬТе дает акцепторный уровень; локализация на этих -состояниях электронов вызывает уменьшение на имеющихся границах потенциальных барьеров для дырок. Этот эффект обнаружен в пленках р - РЬТе, отожженных на воздухе при Готж > 250° С 1192]. Сглаживание потенциального рельефа приводит к увеличению подвижности после отжига, приближая ее к значениям, характерным для объемных монокристаллов.

В то же время в пленках п - РЬТе диффузия кислорода приводит к увеличению потенциальных барьеров для основных носителей электронов [98].

Исследование пленок В12Тез - ЗЪгТез. В качестве объекта исследования в [176] были выбраны пленки р - BiceSbisTog толщиной от 0,1 до 1,5 мкм, напыленные методом дискретного испарения на слюду и полиимидную ленту [172] (технология получения



и структура указанных пленок описаны выше). Пленки имели следующее электрофизические параметры: холловская концентрация Рх = 5 (IQi® -г- IQi®) см""3; коэффициент термо-ЭДС а = 250 -г- 150 мкВ/К; удельная электропроводность а = 500 -т--~2500 Ом-i.cM-i.

Исследования свойств пленок проводились до температуры Т(утж = 315° С, так как нагрев пленок выше этой температуры приводит к практически мгновенному окислению пленки и ее реиспарению с подложки.

На 2.29 приведены зависимости а и а при Т = 300 К от толщины образцов с различными исходными параметрами после их отжига на воздухе при 315° С в течение 10 ч (подложка - слюда). Как видно из рис. 2.29, для малых толщин пленок отжиг резко уменьшает коэффициент термо-ЭДС. Так для пленок с толщиной d = 0,15 мкм вне зависимости от исходных свойств значение а после отжига падает до 80 мкВ/К. Увеличение толщины пленок ослабляет влияние отжига на а; уже для пленок толщиной d 0,7 мкм а после отжига на воздухе практически не меняется. В то же время а после отжига уменьшается для всех исследованных образцов, при этом чем тоньше пленки, тем сильнее уменьшается 0. Более того, для малых толщин пленок {d 0,2 мкм) отжиг на воздухе приводит к значительному изменению температурных зависимостей кинетических эффектов в интервале 100- 300 К. Поэтому для обсуждения полученных результатов удобно разделить пленки на две группы: толстые (rf > 1 мкм) и тонкие {d 0,2 мкм). Для толстых пленок после отжига на воздухе в течение 10 ч при Готж = 315° С концентрация носителей практически не меняется. Не претерпевают существенных изменений температурные зависимости коэффициентов термо-ЭДС а {Т) и поперечного ЭНЭ Q (Г). В то же время удельная электропроводность а по сравнению с Оисх уменьшается во всем температурном интервале, причем величина b = аотж/оисх практически не зависит от температуры. Такое поведение кинетических эффектов может быть вызвано рядом причин: образованием потенциальных барьег ров на граница: блоков (зерен для поликристаллинаских пленок на полиимиде), по которым преимущественно диффундирует кислород; появлением в объеме пленки за счет проникновения кислорода дополнительных центров рассеяния носителей заряда, приводящих к уменьшению их подвижности. Однако в связи с тем, что для этих пленок после отжига зависимости а (Г) и Q (Г), наиболее чувствительные к изменению параметра рассеяния г (см. гл. 1 и 3), а также температурная зависимость подвижности {и (Г) Г- S в интервале 100-300 К изменяется от 1 до 1,8) практически не меняются, преобладающим механизмом рассеяния в этом интервале температур по-прежнему остается рассеяние на акустических фононах (см. далее разд. 3.3).

При диффузии кислорода и образовании запорных барьеров (прослойки на границах) пленку можно рассматривать как двухслойную структуру: верхний слой, в который проник кислород,

5 Заказ № 569 129



из-за запорных прослоек практически не участвует в проводимости, нижний слой по параметрам не отличается от исходной пленки. Как показано в разд. 1.5, для таких неоднородных структур при малой проводимости в верхнем слое измеренные R, а hQ мало отличаются от исходных значений нижнего слоя, что и наблюдается после отжига толстых пленок.

В тонких пленках {d < 0,2 мкм) влияние верхнего слоя естественно увеличивается и даже может стать определяющим. После отжига при Т = 315° С наблюдается уменьшение коэффициента Холла R по сравнению с Дсх с ростом температуры от 100 до 300 К (рис. 2.30, а). При этом концентрация носителей р, полученная из R при 100 К, практически не меняется. Коэффициент термо-ЭДС а также уменьшается по сравнению с аисх (см. рис. 2.30, €). Кратковременный отжиг в течение 0,5 ч сказывается в основном на уменьшении адгж при Г > 150 К (см. рис. 2.30, б). Более длительный отжиг (в течение 6 ч) приводит к существенному снижению аотж во всем интервале температур. Удельная электропроводность Оотж наоборот: при кратковременном отжиге наиболее резко уменьшается при низких температурах (рис. 2.30, в). При длительном отжиге сГотж уменьшается по сравнению с Оисх при 100 К примерно в 8 раз и практически не зависит от температуры измерения (100-300 К). Коэффициент поперечного ЭНЭ Q после отжига меняет знак на положительный, начиная с низких темпера-УР > 100 К (рис. 2.30, г). Для объяснения полученных результатов следует предположить, что после длительного отжига {t > > 6 ч) кислород практически продиффундировал на всю глубину пленки, образуя запорные прослойки по границам. Такие прослойки, обладая запирающими свойствами для основных носителей (дырок), способствуют увеличению вклада в явления переноса неосновных носителей. Это приводит к характерным для смешанной проводимости явлениям (см. гл. 1): смена знака Q на положительный, уменьшение i? и а.

При этом запорные прослойки могут образовываться по двум причинам. Первая причина- кислород как донорная примесь (аналог теллура) заряжает границы положительно, тем самым создавая дополнительный барьер для дырок. Вторая - интенсивное окисление на границах блоков с образованием второй фазы,, которая обладает свойствами широкозонного полупроводника. Об образовании окисных слоев свидетельствуют данные электронно-графических й электронно-микроскопических анализов. После отжига при Готж = 315° С в пленках появляются включения, дающие поликристаллические кольца на электронограммах.

Для тонких пленок р - Bio,5Sbi,5Te3, напыленных на слюду (размер блоков много больше длины свободного пробега), оценивалась истинная подвижность внутри блоков иист (см. разд. 1.5) из зависимостей Ар и Да от магнитного поля В при 80 К после их отжига на воздухе. Оказалось, что i/ct после отжига при Готж = = 315° С в течение 6 ч уменьшилась не более, чем в 1,5 раза, тогда кай а уменьшилась в 8 раз (см. рис. 2.30, в). Это еще раз дока-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [ 42 ] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0008