Блочная структура пленок висмута и ее влияние на подвижность носителей заряда тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ



003404823

На правах рукописи УДК 538.975

Демидов Евгений Владимирович

Блочная структура нлснок висмута и ее влияние на подвижность носителей заряда

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 6 НОЯ 2009

Санкт-Петербург 2009

003484829

Работа выполнена на кафедре общей и экспериментальной физики государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена»

Научный руководитель: Владимир Минович Грабов

доктор физико-математических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Сергей Александрович Немов доктор физико-математических наук, профессор

Олег Николаевич Урюпин кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И.Ульянова (Ленина)

Защита состоится «10» декабря 2009 г. в «16.00» часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.199.21 в Российском государственном педагогическом университете имени А.И. Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 48, корпус 3, ауд. 52.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена.

Автореферат разослан « 9 »

Ученый секретарь совета кандидат физико-математических наук, доцент

2009 г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие физики наноструктур и нанотехнологий является одним из важнейших направлений современного научно-технического прогресса. Для установления фундаментальных закономерностей, определяющих свойства низкоразмерных структур, оптимальным является исследование изменения свойств вещества при переходе от массивных монокристаллов к низкоразмерным структурам и наноструктурам. Для исследований в данном направлении широкие возможности открываются изучением полуметаллов висмута и сплавов висмут-сурьма, сочетающих в себе характерные свойства как металлов, так и полупроводников, характеризующихся малыми эффективными массами и высокими подвижностями носителей заряда [1], в связи с чем классические и квантовые размерные эффекты проявляются при размерах образцов на порядок превышающих размеры аналогичных структур [2]. Поэтому исследование процессов кристаллизации, структуры поверхности и явлений переноса в пленках висмута является актуальным, представляющим научный и практический интерес.

Работа является продолжением проводимых в лаборатории полуметаллов РГПУ им. А.И. Герцена исследований закономерностей физических явлений в полуметаллах висмуте и сплавах висмут-сурьма [1], включая исследования процессов кристаллизации и явлений переноса в пленках указанных полуметаллов [3, 4]. Выполнение этих исследований в настоящее время на новом уровне обеспечено применением новых методов контроля структуры поверхности пленок, основанных на атомно-силовой и электронной микроскопии.

Целью работы является исследование влияния режимов получения пленок висмута методом термического испарения в вакууме на структуру пленок, а также влияния дефектов структуры на гальваномагнитные свойства пленок висмута.

На данном этапе основное внимание уделено использованию подложек из слюды (мусковит), оказывающих ориентирующее влияние на кристаллографическую ориентацию выращиваемых пленок, так что ось третьего порядка Сз преимущественно ориентирована перпендикулярно подложке, что упрощает постановку эксперимента по исследованию эффектов переноса в них и интерпретацию получаемых результатов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.

1. Разработать способы определения кристаллографической ориентации и размеров кристаллитов пленок висмута на слюде с использованием атомно-силовой микроскопии (АСМ).

2. Получить пленки висмута различной толщины на слюде, при температурах подложки 20 - 230 °С, скоростях осаждения 0,5 - 20 нм/с, температурах отжига 180-270 °С.

3. Провести исследования структуры этих пленок на сканирующем зондовом микроскопе методом атомно-силовой микроскопии и выявить

основные закономерности влияния режимов получения на структуру тонких пленок висмута на слюде.

4. Выполнить измерения удельного сопротивления, коэффициента Холла и магнетосопротивления в интервале температур 77 - 300 К и магнитных полей 0 — 0,6 Тл на пленках, имеющих различные структурные характеристики.

5. Рассчитать подвижности электронов и дырок в пленках висмута в интервале температур 77-300 К и установить их связь со структурой пленок.

5. На основании полученных результатов определить вклад различных дефектов структуры в рассеяние электронов и дырок в пленках висмута.

6. Установить основные пути оптимизации режимов получения пленок висмута для достижения наиболее совершенной структуры пленок и наибольших значений подвижностей носителей заряда.

Научная новизна. В отличие от ранее выполненных работ, посвященных исследованию структуры и свойств пленок висмута, проведено целенаправленное комплексное исследование влияния различных технологических параметров получения пленок висмута на их структуру (размеры и взаимная ориентация кристаллитов, совершенство поверхности) с применением новых, разработанных в данном исследовании, методов анализа поверхности и блочной структуры пленок с применением АСМ. Определен оптимальный режим получения пленок висмута методом термического испарения на подложки из слюды, обеспечивающий наиболее совершенную структуру и наибольшие подвижности носителей заряда.

На основе экспериментальных данных о влиянии отжига на размеры кристаллитов в пленках висмута на подложках из слюды предложена модель структурной перестройки, обеспечивающей увеличение размеров блоков.

Определен вклад поверхности и границ кристаллитов в рассеяние носителей заряда в исследуемых пленках висмута.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Избирательное травление и декорирование с помощью естественного оксидирования в сочетании с АСМ позволяет определить размеры блоков и их взаимную кристаллографическую ориентацию в пленках висмута субмикронных толщин.

2. Применяемые методы исследования структуры пленок обеспечивают возможность оптимизации технологии получения пленок с высоким совершенством структуры и максимальными подвижностями носителей заряда.

3. Отжиг наиболее эффективен для выращивания крупноблочных пленок висмута на ориентирующей подложке в случае исходной структуры пленок висмута, имеющей кристаллиты только с двумя противоположными ориентациями кристаллографических осей.

4. В пленках висмута, имеющих размер кристаллитов на порядок больше чем толщина пленки, ограничение подвижности электронов связано, в основном, с взаимодействием с поверхностью пленки, а подвижности дырок - с взаимодействием с границами блоков.

Теоретическая значимость работы. Полученные результаты представляют собой этап исследования закономерностей изменения свойств полуметаллов при переходе от массивных монокристаллов к тонким пленкам, обусловленных, в частности, проявлением классического размерного эффекта в пленках висмута, вкладами в него рассеяния носителей заряда на поверхности пленки и границах кристаллитов. Предложена модель процесса рекристаллизации при отжиге, которая позволяет понять различную его эффективность для пленок висмута, имеющих различную исходную структуру.

Практическая значимость работы. Разработаны неразрушающие способы выделения межкристаллитных границ и определения взаимной ориентации кристаллитов в пленках висмута субмикронной толщины с помощью естественного оксидирования или травления в сочетании с атомно-силовой микроскопией, которые могут быть использованы для контроля качества тонкопленочных изделий.

При контроле методами АСМ оптимизированы режимы получения пленок висмута, имеющих структуру, близкую к монокристаллической. Эти пленки могут использоваться для разработки термоэлектрических преобразователей энергии, болометров, тензометров, а также для исследования классических и квантовых размерных эффектов в низкоразмерных системах на основе висмута.

Связь темы с планом научных работ.

Диссертационная работа является частью научных исследований научно-исследовательской лаборатории полуметаллов и проводилась в рамках тематики НИИ Физики РГПУ им. А.И. Герцена (финансирование: Министерством образования и науки РФ в рамках аналитической ведомственной г{влевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы" № 2.1.1/3847 «Закономерности изменения свойств при переходе от массивного монокристалла к наноструктурам на основе полуметаллов и узкозонных полупроводников системы висмут-сурьма», а также правительством Санкт-Петербурга (распоряжение Комитета по науке и высшей школы от 20.06.2008 N°68, грант № 2.4/28-04/10 «Совершенствование структуры пленок висмута при ее контроле методом атомно-силовой микроскопии»)).

Достоверность и обоснованность результатов и выводов диссертации обеспечивается: применением апробированных способов получения пленок висмута при контроле их структуры различными методами сканирующей зондовой и электронной микроскопии, сравнительным анализом их результатов, экспериментальным исследованием апробированными методами комплекса гальваномагнитных явлений в этих пленках, их интерпретацией в рамках общепризнанных теорий, согласованностью полученных результатов с результатами опубликованных работ в той части, в которой сравнение результатов возможно.

Апробация работы. Основные научные результаты докладывались на следующих конференциях и семинарах: X Межгосударственном семинаре

«Термоэлектрики и их применения» (Санкт-Петербург, 2006 г.), XI Межгосударственном семинаре «Термоэлектрики и их применения» (Санкт-Петербург, 2008г), XIII Международном форуме по термоэлектричеству (г. Киев, Украина, 2009 г.), XVI Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел «РЭМ 2009» ( Черноголовка, 2009 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Физические явления в конденсированном состоянии вещества» (Чита, 2009 г.) и на научных семинарах лаборатории полуметаллов кафедры общей и экспериментальной физики Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 4 в журналах из списка ВАК.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка используемой литературы. Работа содержит 150 страниц сквозной нумерации, 57 рисунков, 4 таблицы. Список литературы включает 177 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, представлены цель работы, научная новизна, практическая значимость полученных результатов, научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ литературных данных по исследованию структуры и свойств пленок висмута» произведен анализ научной литературы по теме диссертационного исследования. Представлена информация о кристаллической и зонной структуре висмута, методах получения пленок висмута и исследованию их гальваномагнитных свойств. Особое внимание уделено процессам роста тонких пленок и способам совершенствования их структуры.

Кристаллы висмута характеризуются значительной анизотропией структуры, энергетического спектра фононов и электронов, а также комплекса физических свойств [1].

Пленки висмута чаще всего обладают блочной структурой [2]. При этом взаимная ориентация блоков определяется множеством параметров получения пленки (материалом и температурой подложки, скоростью осаждения и т.д.). Поэтому изучение их свойств следует производить с учетом анизотропии кристаллитов и их взаимной кристаллографической ориентации. Пленки, в которых ось Сз всех кристаллитов ориентирована перпендикулярно подложке, что реализуется при использовании подложек из слюды, обладают тем преимуществом, что большинство физических свойств в плоскости пленки являются изотропными. Это упрощает их экспериментальное исследование и теоретическое описание на основе электронной кинетической теории [1].

На основании анализа данных научной литературы сформулированы цели и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе «Методы получения и исследования структуры поверхности, блочной структуры и явлений переноса в пленках висмута» представлено описание установки для получения пленок висмута методом термического испарения в вакууме, дано описание метода атомно-силовой микроскопии, описание установки для измерения гальваномагнитных коэффициентов в пленках висмута. Дано описание разработанных в данном исследовании способов выявления границ, определения размеров и взаимной ориентации кристаллитов пленок висмута на слюде с применением атомно-силовой микроскопии.

Приготовление пленок висмута производилось методом непрерывного термического испарения в вакууме около ЗхЮ*3 Па. В качестве исходного материала использовался монокристалл, выращенный из висмута Bi-000 методом зонной перекристаллизации. В установке имелась возможность регулировки температуры подложки (Тпод.) в диапазоне: 20-230 °С, скорости осаждения в диапазоне (V): 0,5 - 20 нм/с, температуры отжига (То™.) в диапазоне: 20 - 270 "С.

Измерение коэффициентов переноса производилось в интервале температур 77 - 300 К и магнитных полей 0 - 0,6 Тл, при направлении вектора магнитной индукции перпендикулярном плоскости подложки.

Исследование структуры пленок проводилось на воздухе с использованием сканирующего зондового микроскопа Solver компании NT-MDT методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) в полуконтактном режиме. Использовались кантилеверы компании NT-MDT с резонансной частотой около 150 кГц, радиусом кривизны острия < 10 нм и углом при его вершине < 22°.

На поверхности пленок висмута на подложках из слюды, полученных при температуре подложек выше 50 °С, можно выделить 2 типа структурных неоднородностей: трехмерные выпуклые образования в виде бугорков и треугольные фигуры роста (рис. 1, рис. 2). Форма фигур роста, в частности, зависит от кристаллографической ориентации участка пленки относительно подложки [2]. Наличие бугорков и фигур роста на поверхности пленок висмута подтверждено исследованием поверхности на растровом электронном микроскопе.

В ходе выполнения диссертационной работы разработаны три новых способа выявления границ кристаллитов с помощью метода атомно-силовой микроскопии, преимуществом которых, по сравнению с ранее существующими методами, является то, что они применимы для пленок субмикронной толщины.

Первый способ заключается в определении принадлежности участка пленки к кристаллиту по одинаковости ориентации фигур роста. На изображениях, полученных методом АСМ (рис. 2), границы блоков в виде обрывов фигур роста проявляются нечетко, поэтому определить по ним размер и конфигурацию кристаллитов достаточно проблематично, особенно в случае кристаллитов с близкой ориентацией.

Рис.2 Пленка Bi. Толщина пленки 300 нм. Рис.1 Типичный микрорельеф Материал подложки: слюда. Температура поверхности пленки висмута на слюде, подложки 120 °С. Отжиг проводился при полученный АСМ. Толщина пленки температуре 240 °С в течение 30 минут. 300 нм. Материал подложки: слюда, размер скана: 4,5x4,5 мкм2. Белыми Температура подложки 80 "С. Отжиг не стрелками указаны обрывы фигур роста и проводился. Размер скана 2x2x0,3 мкм2. граница кристаллитов.

Второй способ заключается в предварительном химическом травлении, при котором границы блоков вытравливаются и становятся более четко видны с помощью атомно-силовой микроскопии (рис. 3-а). При этом могут проявиться и дислокационные ямки травления, по которым также можно определить взаимную ориентацию кристаллитов.

Третий способ заключается в выдержке пленки в комнатной атмосфере в течение определенного времени и последующем ее исследовании на атомно-силовом микроскопе. В процессе выдержки границы блоков декорируются оксидом висмута и становятся четко видны на изображениях, полученных методом АСМ (рис. З-б). Необходимое время выдержки зависит от толщины пленки и составляет примерно 1 сутки на 10 нм толщины.

Метод декорирования с помощью естественного оксидирования границ кристаллитов пленок висмута на слюде является наиболее оптимальным для выявления границ кристаллитов, так как он носит неразрушающий характер и обеспечивает лучшую воспроизводимость результатов. В связи с длительностью формирования декорирующего оксида для пленок толщиной более микрометра предпочтительнее использовать химическое травление.

В результате сопоставления ориентации кристаллографических осей монокристалла, ямок травления и фигур роста, была установлена кристаллографическая ориентация фигур роста и ямок травления: ось Сз ориентирована перпендикулярно плоскости треугольной фигуры роста, оси С2 направлены параллельно сторонам фигур роста и ямок травления, оси С| направлены перпендикулярно С3 и С2. При этом вершины треугольных фигур роста и ямок травления ориентированы противоположно.

Рис. 3. Пленки Bi. а - пленка подвергалась травлению, б - изображение получено через 45 суток после получения пленки. Сплошными стрелками показаны протравленные и декорированные границы кристаллитов, пунктирными стрелками - ямки травления.

В третьей главе «Результаты исследования структуры и явлений переноса в пленках висмута» представлены результаты экспериментального исследования влияния режимов получения на структуру поверхности и объемную структуру пленок висмута, а также результаты исследования гальваномагнитных свойств пленок висмута, имеющих различные размеры блоков и концентрацию бугорков. Для выявления границ кристаллитов, определения их размеров и взаимной кристаллографической ориентации использовались методы, разработанные автором в ходе диссертационного исследования и описанные во второй г лаве диссертации.

Технологические параметры режима получения пленок висмута изменялись в следующем диапазоне: скорость конденсации: 0,5 - 20нм/с, температура подложки: 20 - 230 °С, температура отжига: 180 - 270 °С. Пленки имели толщину в диапазоне: от 10 нм до 5 мкм.

Скорость конденсации. Установлено, что при увеличении скорости конденсации происходит уменьшение размеров фигур роста в плоскости подложки, уменьшение размеров кристаллитов, уменьшение концентрации и площади основания бугорков и, как следствие, площади поверхности, занимаемой бугорками. Влияние скорости конденсации на взаимную ориентацию кристаллитов в исследуемом интервале скоростей не выявлено. Скорость конденсации также не оказывает существенного влияния на шероховатость поверхности. С целью получения пленки с достаточно большими размерами кристаллитов и малым содержанием бугорков для дальнейших исследований была выбрана скорость конденсации 5 нм/с.

Температура подложки. Изменение температуры подложки приводит к изменению не только количественных характеристик структуры пленок висмута, но и качественно изменяет структуру. При получении пленки при температуре подложки, близкой к комнатной, пленка висмута имеет

мелкокристаллическую структуру при отсутствии корреляции в кристаллографической ориентации отдельных кристаллитов. Увеличение температуры подложки до 50°С приводит к упорядочению структуры пленки: ось Сз ориентирована перпендикулярно подложке, бинарные и биссекторные кристаллографические оси в соседних кристаллитах антипараллельны. Такие пленки характеризуются большой концентрацией бугорков. Дальнейшее увеличение температуры подложки приводит к уменьшению количества бугорков.

При температуре подложки, превышающей 140 °С, ось С3 кристаллитов ориентирована перпендикулярно подожке, но ориентация осей С2 в плоскости подложки становится произвольной. Увеличение температуры подложки от 50 до 200 °С приводит к постепенному уменьшению шероховатости поверхности пленки, размеры фигур роста и размеры кристаллитов увеличиваются с увеличением температуры подложки до ТПОДЛ=240 »С. При приближении температуры подложки к 230 °С происходит резкое увеличение шероховатости поверхности пленки, адгезия резко ухудшается и пленка, полученная при Тподл =240 °С, состоит из отдельных блоков шаровидной формы. Дальнейшее увеличение температуры подложки приводит к неприставанию пленки к подложке.

В результате изучения структуры пленок висмута на слюде при толщинах от 2 до 20 нм при температуре подложки 110 °С методом АСМ было установлено, что сплошная пленка формируется при толщине около 10 нм. Размеры кристаллитов, фигур роста и шероховатость поверхности растут с увеличением толщины пленки.

Температура отжига. Одним из способов совершенствования структуры пленок и, как следствие, увеличения подвижностей носителей заряда, является их отжиг. Влияние отжига зависит от исходной структуры пленок. Температура отжига оказывает существенное влияние только на размеры кристаллитов. Значительного влияния температуры отжига в диапазоне температур 200 - 270°С на шероховатость и долю площади поверхности пленки, занимаемой бугорками, не выявлено. При этом сам процесс отжига пленок, полученных при любой температуре подложки, приводит к небольшому уменьшению шероховатости поверхности и уменьшению площади, занимаемой бугорками. Небольшое увеличение размеров фигур роста при отжиге характерно для пленок, полученных при Тподл. 50 С.

Увеличение размеров кристаллитов при отжиге наиболее значительно для пленок, полученных при температуре подложки около 80°С. Отжиг практически не приводит к росту кристаллитов пленок, полученных при температуре подложки большей 150°С (рис. 4). Причины такого различного влияния отжига на размеры кристаллитов обсуждаются в четвертой главе диссертации.

Явления переноса. Для исследования влияния структуры пленок висмута на электрические свойства были измерены удельное сопротивление

«ь

а|8

I *

3 p 6

a- s

'i g 4

x я

Q_ S

O g- 2

■ Пленки без отжига О Пленки с отжигом Толщина пленок 300 нм

50 100 150 200 Температура подложки, °С

250

2

Рис. 4. Изменение размеров кристаллитов при изменении температуры полложки для отожженных и не отожженных пленок Толщина пленок: 300 нм. Скорость осаждения: 5 шл1с. Отжиг проводился при температуре 240°С в течение ЗОмин.

д ■ 0=1 мкм, 5=3%, й=1,42 мш, Т^вС^С отжиг не проводился -О- 0=1.5 мкм. 5=7%, С=1,57 мкм, Т =110°С отжиг не проводился Д 0=2мш. 3=0.7%, С=2,1 мкм, Т „=140°С отжиг не проводился -V- 0=2.1 мш, 3=0,3%, ($-2,2 мкм. Т =170°С отжиг проводился ❖ 0=4 мкм, в=2%, С=3 мкм, Т =110гС отжиг проводился & 0=8 мкм, 8=3%, 8=3,75 мкм, Т.„_!!80!>С отжиг проводился -^-0=6.5 мкм, 5=0,6%, С=4 мш, Тг =иО'"С отжиг проводился -ф— монокристаллическая пленка

50 100 150 200 250 300

Т,к

Рис. 5. Зависимость удельного сопротивления пленок висмута от температуры.

-■-0=1 мкм, S=3%, G=1,42mkm,T. =80°С отжиг не проводился -о- 0=1.5 мкм, S=2%, G=1,57 мкм, Т =110аС отжиг не проводился Д-- 0=2 мш. S=0.7%, G=2.1 мкм. Т ..=140°С отжиг не проводился -V- 0=2,1 мкм. S=Q,3%, G=2,2 мкм. Т__=170'С отжиг проводился -$-D=4mkm, S=2%. G=3 мш, Tw_=1103С отжиг проводился * 0=8 мш, S=3%, G=3,75 мкм, Т s =80°С отжиг проводился —>—^=6,5 мкм, S=0.6%. G=4 мкм, Т^~1403С отжиг проводился моно кристаллическая пленка

0.14 0,12' 0,10-

В*0,1 Тл

В||п

150 200 250 300

т,к

Рис. 6. Зависимость магнетосопрогивления пленок висмута от температуры.

р , магнетосопротивление Лр/р и коэффициент Холла Я в магнитном поле до 0,6 Тл на пленках висмута толщиной 300 нм, полученных при температуре подложки от 80 до 170 °С (рис. 7, 8, 9). Скорость осаждения всех пленок составляла 5 нм/с. Основное внимание было уделено исследованию влияния размеров блоков на гальваномагнитные явления и подвижность носителей заряда. Для разделения вкладов в рассеяние носителей заряда границами кристаллитов и поверхностью были исследованы гальваномагнитные явления в монокристаллической пленке такой же толщины, изготовленной методом зонной перекристаллизации под покрытием [5].

Критерием совершенства пленки может служить

магнетосопротивление — ~ (ив)2.

Р

Если проследить влияние размеров кристаллитов В на магнетосопротивление при низких температурах (рис. 6), то видно, что наибольшее магнетосопротивление имеет

пленка с малой концентрацией бугорков или долей площади поверхности 5, занимаемой бугорками, и достаточно большими размерами кристаллитов. Этот факт указывает на вклад в рассеяние носителей заряда не только границ кристаллитов, но и бугорков. В связи с этим в качестве критерия совершенства структуры использовалась величина в, которая рассчитывалась в предположении независимого вклада границ кристаллитов и бугорков в

5,0

4.6

4,0

ц 3,5

3,0

s 2,5

•9 О 2,0

т- 1.5

от 1,0

0,5

0,0

-■- 0=1 мкм, 8=3%. 0=1,42 мкм, Тпш=309С отжиг не проводился о 0-1.5 мкм, 0-1,57 мкм, Т ж1ЮвС отжиг не проводился

-Л-р=2 мкм, 5=0,7%, С=2,1 мхы, 7^=}40сС отжиг не проводился -7-0=2.1 мкм, 5=0,3%, 0=2,2 мкм, "^=170*0 отжиг проводился Ф 0=4 мкм, 8=2%, 0=3 мкм, Т =110вС отжиг проводился -Я- 0=8 мкм, 5=3%, 0=3,75 мкм, Т *80вС отжиг проводился —0=6,5 мкм. 8=0,6%. Б =4 мкм. Т^МС^С отжиг проводился —ф—3 монокристалличесхая пленха

рассеяние носителей заряда, в соответствии с правилом Маттисена:

1

1 1

—+ -: G Dl'

50

Т,к

Рис. 7. Зависимость коэффициента Холла пленок висмута от температуры.

где D - средний размер кристаллита, / - среднее в=о,1 тл расстояние между границами

ВЦП бугорков.

Результаты исследования гальваномагнитных свойств пленок висмута по характеру температурной зависимости коэффициентов переноса согласуются с полученными ранее результатами исследований явлений переноса пленок висмута на слюде [2, 3, 4]. На основании измеренных коэффициентов переноса рассчитаны подвижности носителей заряда в данных пленках, и сделаны выводы о влиянии структурных характеристик на ограничение подвижностей носителей заряда. Полученные результаты представлены в главе 4.

В четвертой главе «Совершенствование структуры пленок висмута с целью повышения подвижностей носителей заряда» проводится обсуждение причины различной эффективности отжига для пленок, полученных при различной температуре подложки, а также определена степень влияния границ блоков и поверхности на подвижности электронов и дырок в плоскости подложки пленки.

Из представленных выше экспериментальных результатов следует, что отжиг при температуре 240 °С в течение 30 мин приводит к существенному

росту размеров блоков пленок висмута, полученных при температурах подложки в интервале 50 - 140 "С (рис. 4), в которых кристаллографические оси Сь С2, Сз соседних кристаллитов антипарал-лельны. При переходе через границу таких кристаллитов атомные плоскости с межслоевыми расстояниями переходят в двойные слои и наоборот, двойные слои переходят в плоскости с межслоевыми расстоя-)с, с, ос2 1с ниями, как это показано на рис. 8. Это

_ ., соответствует смещению четных на Рис. 8. Двойные слои висмута. _

Кристаллиты 2-х ориентации. Рис. 8 рядов атомов относительно их

Стрелками указано смещение атомов положении в монокристаллической

при отжиге пленки. структуре, примерно на 0,076 нм. При

___

_!___

отжиге происходит перекристаллизация, при которой оба, изображенные на рис.8, кристаллита приобретают одинаковую ориентацию кристаллографических осей, что приводит к исчезновению границ между ними и увеличению размеров кристаллитов.

При данном механизме рекристаллизации смещение атомов происходит на малые доли межатомного расстояния, что приводит к малой энергии активации отжига, а сам отжиг происходит за относительно короткий промежуток времени, так как для его осуществления не требуется диффузионных процессов.

При произвольной взаимной ориентации осей Сь С2 кристаллитов, что реализуется в пленках, полученных при температурах подложки выше 140 °С, применяемый режим отжига не приводит к заметному изменению размеров кристаллитов (рис. 4). Резкое уменьшение эффективности отжига для пленок, исходная структура которых имеет кристаллиты случайной ориентации, обусловлено невозможностью рекристаллизации по механизму, описанному выше.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что при наличии корреляции в ориентации кристаллографических осей соседних кристаллитов процесс рекристаллизации при отжиге происходит при более

низких энергетических и временных характеристиках.

Для более детального исследования механизма

рекристаллизации при отжиге пленок висмута и расчета энергии активации отжига было проведено изучение влияния температуры отжига в интервале 110 - 270 °С на средний размер кристаллитов (рис. 9). Как видно из рисунка, с увеличением температуры отжига происходит увеличение размеров кристаллитов.

Если увеличение размера кристаллита происходит за счет перемещения его границы, то на основании результатов [6] зависимость размера кристаллита от температуры отжига Т0тж может быть представлена соотношением:

О(Т) = ^О02+Л-ех рС-^-о.О)

где Д, средний размер кристаллита пленки до отжига, О — энергия активации отжига, II - универсальная газовая постоянная, А - коэффициент, зависящий от интервала времени отжига Л(, и в случае фиксированного Л1 является константой,

3,0 2,5

= 2,0 О

1,5

1,0

Model: D(T)=(Do2+Ae-Q'Ri^273,)0 S D =1.2 мкм

о

А=0,2±1.2x10" мкм2 Q=109±27 кДж/мОЛЬ

Толщина пленок 100 нм, отжиг проводился в течение 30 минут. Т =110°С

под

100 150 0200 250 т С

Рис. 9 Зависимость среднего размера кристаллитов от температуры отжига. Скорость осаждения всех пленок: 5 нм/с, время отжига : 30 мин.

На основе полученных экспериментальных результатов, рис. 9, и соотношения (1) с использованием метода наименьших квадратов определена энергия активации отжига б = 109±27кДж/моль. Энергия связи в висмуте составляет 207,5 кДж/моль [7]. Заметно меньшее значение энергии активации отжига, определенное в данной работе, подтверждает приведенные выше выводы о механизме рекристаллизации при отжиге.

Таким образом, предложенная модель рекристаллизации пленок висмута при отжиге согласуется с установленной экспериментально закономерностью, в соответствии с которой отжиг наиболее эффективен в случае исходной структуры, состоящей из кристаллитов с осями Сз, перпендикулярными подложке, но с противоположными ориентациями кристаллографических осей соседних блоков.

Для получения пленок с наибольшей подвижностью носителей заряда проведено исследование влияния размеров кристаллитов и концентрации бугорков на подвижности электронов и дырок пленок висмута на слюде в плоскости подложки. На пленках висмута, в которых для всех кристаллитов ось Сз перпендикулярна подложке, были измерены удельное сопротивление, а также коэффициенты Холла и магнетосопротивления в слабом магнитном поле при ориентации вектора магнитной индукции перпендикулярно подложке. В такой конфигурации измеренные коэффициенты соответствуют компонентам ри,В.пзи рт3 монокристалла висмута [1,3].

Для определения подвижностей носителей заряда в пленках использовались уравнения для коэффициентов переноса (¿>,, в отсутствии магнитного поля, Япз и рнзз в слабом магнитном поле) в монокристаллах висмута в пренебрежении углом наклона электронных эллипсоидов поверхности Ферми [1, 3]. Из этих уравнений были получены следующие выражения для расчета подвижностей носителей заряда в плоскости подложки:

15ÄVeV +4enXcr2 +4eV

u-Mtr-ll_eéL (2)

2 2 _en_

-и + U*en~4<J1 -2óU*en+enRo2 ^

en

... ~cr + U*en + <№ -2aU*en + enRa

U7---.

en

В случае независимости вкладов различных механизмов рассеяния в ограничение подвижностей носителей заряда фононами ( 1 ),

Uph

поверхностью (----), границами блоков и бугорками ( —) можно Us UG

использовать правило Матгиссена:

1111 /сч

=-+ — + ............(5)

и UPh USUG

На рис. 10 приведены зависимости — от Т1 для дырок и для средней

подвижности электронов в плоскости подложки соответственно.

1 1

Линейность зависимостей — от Г2 в широком диапазоне температур

указывает на зависимость и~Т 2, характерную для рассеяния носителей заряда на фононах в объемных монокристаллах [1]. Экстраполяция температурной зависимости подвижности к Т -»0 позволяет получить значения подвижностей, обусловленных рассеянием носителей заряда на

дефектах структуры и поверхности пленки, т.е значения —-- + —-.

и 5 ис

2,0т

О

*

Ш

1.5-

0-1.42 мкм Т «ВСС отжиг не проводился 0=1.57 мкм 7.^-11 С"С отжиг не проводился 0=2,1 мш Т_а=140°С отжиг не проводился 0=2,2 мкм Т^^О'С отжиг проводился 0=3мкм Т^ПО^ отпит проводился 0=3.75 мш Тпод=80°С ОТЖИГ проводился мш Тид=140°С отжиг проводился монокристаллическая пленка

т5*, ю5 к1

о *

ш

—0=1,42 мкм Тяжв80°С отжиг не проводился —О— 0=1,57 мкм Т е110°С отжиг не проводился -£»-0=2,1мкм Тад"140вС отжиг ив проводился -V— 0=2,2 мш 70°С отжиг проводился ОЗ мкм "1*^=110"С отжиг проводился -Х- <»=3,75 мкм Т ^вО'С отжиг проводился <3=4 мкм 1^=140°С отжиг проводился —Ф— моно кристаллически пленка

т5/2,2ю5 к5* 4

Рис. 10. Зависимость — от Т2 для дырок и электронов в плоскости подложки. Толщина пленок 300 нм.

Для анализа влияния параметра в на подвижности дырок и электронов

1 /1'

были построены зависимости

и

Как видно из рис.11, эти

зависимости близки к линейным. Их экстраполяция на -^-->0 позволяет

О

получить подвижности носителей заряда в отсутствии границ кристаллитов,

то есть значения —— + — , которые хорошо согласуются с подвижностями иРН

носителей заряда монокристаллической пленки такой же толщины. Из рис. 11 следует, что в блочных пленках висмута является существенным механизм рассеяния дырок и электронов, который зависит от размеров кристаллитов пленки и концентрации бугорков.

Угол наклона прямой ^ = для электронов меньше, чем для

дырок, что указывает на более существенное ограничение подвижности дырок границами кристаллитов и бугорками.

Сравнение полученных значений подвижностей электронов и дырок монокристаллической пленки при низких температурах, с аналогичными значениями для массивного висмута [8] показывает более значительное ограничение поверхностью пленки подвижностей электронов, по сравнению с подвижностями дырок.

м- ' °'5

' ■ Т=78 К Д Т=144 К oV

Рис. 11. Зависимость — от — для дырок и электронов при различных температурах. U G

Заключение

В ходе проведенных исследований установлено следующее:

1. Декорирование с помощью естественного оксидирования или предварительное избирательное химическое травление в сочетании с АСМ позволяют выявить границы блоков, определить их размеры и взаимную кристаллографическую ориентацию в пленках висмута в широком диапазоне изменения толщины пленок.

2. Для выявления границ кристаллитов «тонких» пленок (толщина меньше 0,5 мкм) лучше использовать декорирование, так как данный способ носит неразрушающий характер и более прост в реализации. В случае «толстых» пленок (толщина больше 1 мкм) более эффективно использовать химическое травление, так как время, необходимое для декорирования, становится очень большим.

3. Фигуры роста пленок висмута на слюде или ямки травления в виде правильных треугольников соответствуют следующей кристаллографической ориентации блока: ось Сз ориентирована перпендикулярно плоскости подложки, оси С2 направлены параллельно сторонам треугольной фигуры роста. При этом для одной и той же кристаллографической ориентации вершины треугольных ямок травления и фигур роста противоположно направлены.

4. Состояние поверхности отражает объемную структуру пленок висмута вследствие малости толщины пленки. Типичными дефектами, выходящими на поверхность пленок висмута, являются границы блоков и бугорки.

5. Структура поверхности и объемная структура пленок висмута существенно зависят от режимов их изготовления. Эта зависимость оказывается различной для пленок различной толщины.

6. Применяемые методы исследования структуры поверхности обеспечивают возможность оптимизации процесса изготовления пленок с наиболее совершенной структурой и максимальными подвижностями носителей заряда.

7. Для выращивания крупноблочных пленок висмута на ориентирующей подложке в сочетании с отжигом оптимальным является использование пленок с исходной структурой, имеющей кристаллиты только с двумя противоположными ориентациями кристаллографических осей.

8. Для выращивания пленок висмута на слюде, имеющих крупноблочную структуру и большие подвижности носителей заряда, оптимальным режимом является: температура подложки 140 °С и последующий отжиг при температуре около 240 °С.

9. В пленках висмута реализуется размерный эффект, заключающийся в ограничении подвижностей носителей заряда при взаимодействии с поверхностью, границами блоков и.бугорками. В пленках, имеющих размер кристаллитов на порядок больше чем толщина пленки, ограничение подвижностей электронов связано, в основном, с взаимодействием с поверхностью пленки, а подвижностей дырок - с взаимодействием с границами блоков.

Полученные результаты по оптимизации режимов изготовления и структуре пленок висмута, исследованию подвижностей носителей заряда в пленках висмута обеспечивают возможность продолжения исследований, направленных на разработку методов получения не только крупноблочных, но и монокристаллических пленок висмута и сплавов висмут-сурьма, как нелегированных, так и легированных донорными и акцепторными примесями, и исследования закономерностей физических явлений в этих пленках.

Личный вклад автора состоит в том, что им самостоятельно получены, обработаны и интерпретированы экспериментальные результаты исследования влияния режимов получения пленок висмута методом термического испарения в вакууме на структуру полученных пленок, а также влияния дефектов структуры на гальваномагнитные свойства пленок висмута. В работах, написанных в соавторстве, постановка задач, определение направлений исследования, а также обсуждение полученных данных осуществлялись совместно.

Список цитируемой литературы:

1. Иванов Г.А., Грабов В.М. Физические свойства кристаллов типа висмута IIФТП. 1995. Т.29. С. 1040 -1050.

2. Комник Ю.Ф. Физика металлических пленок. М.: Атомиздат. 1979.264 с.

3. Иванов Г.А., Грабов В.М., Михайличенко Т.В. Влияние дефектов структуры на гальваномагнитные явления в пленках висмута // ФТТ. 1973. Т. 15. С. 573-575.

4. Комаров В.А. Механизмы рассеяния носителей заряда в пленках висмута // Термоэлектрики и их применение. Доклады VII Межгосударственного семинара (ноябрь 2002 г.) ФТИ им. А.Ф. Иоффе Санкт-Петербург. 2002. С. 237-242.

5. Палатник Л.С., Федоренко А.И., ЕдыкинВЛ., ГамаюновВ.Ф. Выращивание монокристаллических пленок под защитным покрытием // Приборы и техника эксперимента. 1975. № 6. С. 243-245.

6. Chang J., Kim H., Han J, JeonM.H., LeeW.Y. Microstructure and magnetoresistance of sputtered bismuth thin films upon annealing // J. Appl. Phys. 2005. V.98. P. 023906-1- 023906-7.

7. Китгель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978. 798 с.

8. Голбан И.М. Анизотропное рассеяние носителей заряда на акустических фононах в висмуте, сурьме и мышьяке. Препринт ИПФ АН МССР. Кишинев. 1987.49 с.

Основное содержание и результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Комаров В.А., Климентов М.М., Логунцова М.М., Пылина С.Н., Демидов Е.В. Кинетические явления и структура пленок висмута И Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. Физика. Научный журнал. 2006. № 6 (15). С. 131 -143 (0,8 п.л./ 0,2 пл.).

2. Комаров В.А., Демидов Е.В., Климантов М.М., Пылина С.Н., Логунцова М.М. Явления переноса и структура поверхности пленок висмута // Термоэлектрики и их применения: Доклады X Межгосударственного семинара ( ноябрь 2006г), Санкт-Петербург, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН С. 114-119 (0,37 пл./0,12 пл.).

3. Комаров В.А., Демидов Е.В., Климантов М.М. Исследование структуры и дефектов пленок висмута методом атомно-силовой микроскопии // Термоэлектрики и их применения: Доклады XI Межгосударственного семинара (ноябрь 2008г), Санкт-Петербург, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН С. 322-326 (0,37 пл./ 0,15 пл.).

4. Грабов В.М., Демидов Е.В., Комаров В.А., Усынин Е.В.Моделирование процесса коалесценции пленок висмута на подложке из слюды // Термоэлектрики и их применения: Доклады X Межгосударственного семинара (ноябрь 2008г), Санкт-Петербург, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН С. 316-321 (0,37п.л./ 0,06 пл.).

5. Грабов В.М., Демидов Б.В., Комаров В.А. Атомно-силовая микроскопия пленок висмута // Физика твердого тела. 2008. Т. 50. № 7. С. 1312-1316 (0у51 пл./ 0,15 пл.).

6. Грабов В.М., Демидов Е.В., Комаров В.А. Климантов М.М. Атомно-силовая микроскопия декорированных оксидированием дефектов

пленок висмута // Физика твердого тела. 2009 (апрель). Т. 51. № 4. С. 800-802 (0,19 пл./ 0,1 пл.).

7. Грабов В.М., Комаров В.А., Демидов Е.В., Климантов М.М. Размерный эффект явлений переноса в монокристаллических пленках висмута // Физические явления в конденсированном состоянии вещества. Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. Чита. Забайкальский государственный гуманитарно-педагогический университет. 2009 (июнь). С. 23-28 (0,37 пл./ 0,05 пл.).

8. Грабов В.М., Демидов Е.В., Комаров В.А., Климантов М.М. Сканирующая зондовая микроскопия поверхности кристаллов и пленок висмута // Физические явления в конденсированном состоянии вещества. Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. Чита. Забайкальский государственный гуманитарно-педагогический университет. 2009 (июнь). С. 17-23 (0,37 пл./ 0,2 пл.).

9. Грабов В.М., Демидов Е.В., Комаров В.А. Атомно-силовая микроскопия поверхности кристаллов и пленок висмута // Термоэлектричество. 2009 (апрель). №.1. С. 42-47 (0,37 пл./ 0,25пл.).

10.Грабов В.М., Демидов Е.В., Комаров В.А., Климантов М.М., Матвеев Д.Ю., Слеппев C.B., Усынин Е.В., Христич Е.Е., Константинов Е.В. Особенности структуры пленок висмута, полученных методом термического испарения в вакууме // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. 2009 (август). №95. С. 105-120 (1 пл./ 0,6 пл.).

Подписано в печать 30.10 2009 г Формат 60x84 1\16 Печать офсетная Бумага офсетная. Объём 1,25 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 298.

Типография РГПУ им. А. И. Герцена 191186, Санкт- Петербург, наб. р. Мойки,48

Введение.

Глава 1. «Анализ литературных данных по исследованиюктуры и свойств пленок висмута».

§ 1.1. Кристаллическая структура висмута.

§ 1.2. Зонная структура кристаллов висмута.

§ 1.3. Гальваномагнитные свойства пленок висмута.

§ 1.4. Получение пленок висмута и пути улучшения их структуры.

Выводы к главе 1.

Глава 2. «Методы получения и исследования структуры поверхности, блочной структуры и явлений переноса в пленках висмута».

§ 2.1 Получение пленок висмута методом термического испарения в вакууме.

§2.2 Метод атомно-силовой микроскопии.

§2.3 Экспериментальные методы исследования явлений переноса в пленках висмута.

§ 2.4 Способы выявления границ, определения размеров и взаимной ориентации кристаллитов пленок висмута.

2.4.1. Травление.

2.4.2. Декорирование.

2.4.3 Кристаллографическая ориентация фигур роста и ямок травления.

§ 2.5 Количественное описание структуры пленок висмута. Анализ ошибок экспериментов.

Выводы к главе 2.

Глава 3. «Результаты исследования структуры и явлений переноса в пленках висмута».

§ 3.1 Структура пленок висмута.

3.1.1 Структура поверхности пленок висмута.

3.1.2 Объемная структура пленок висмута на слюде.

§ 3.2 Влияние режимов термического напыления на структуру пленок висмута.

3.2.1 Влияние скорости осаждения.

3.2.2 Влияние температуры подложки.

3.2.3 Влияние толщины пленки.

3.2.4 Влияние отжига.

§ 3.3 Гальваномагнитные свойства пленок висмута.

Выводы к главе 3.

Глава 4. «Совершенствование структуры пленок висмута с целью повышения подвижностей носителей заряда».

§4.1 Модель процесса отжига, приводящего к увеличению размеров кристаллитов.

§ 4.2 Проявление классического размерного эффекта на границах кристаллитов.

Выводы к 4 главе.

Актуальность темы. Развитие физики наноструктур и нанотехнологий является одним из важнейших направлений современного научно-технического прогресса. Для установления фундаментальных закономерностей, определяющих свойства низкоразмерных структур, оптимальным является исследование изменения свойств вещества при переходе от массивных монокристаллов к низкоразмерным структурам и наноструктурам. Для исследований в данном направлении широкие возможности открываются изучением полуметаллов висмута и сплавов висмут-сурьма, сочетающих в себе характерные свойства как металлов, так и полупроводников, характеризующихся малыми эффективными массами и высокими подвижностями носителей заряда [1,2,3], в связи с чем классические и квантовые размерные эффекты проявляются при размерах образцов на порядок превышающих размеры аналогичных структур [4]. Поэтому исследование процессов кристаллизации, структуры поверхности и явлений переноса в пленках висмута является актуальным, представляющим научный и практический интерес.

Высокая чувствительность гальваномагнитных свойств висмута и его сплавов к внешним воздействиям, особенно при низких температурах, может служить основой для создания различных приборов: чувствительных неселективных болометров, радиационных термопар, чувствительных тензодатчиков. Благодаря размерным эффектам представляется перспективным использование тонких пленок Bi для изготовления термоэлектрических преобразователей энергии [5-8].

В ряде работ [9,10] высказываются предположения о возможности перехода тонких пленок висмута при уменьшении их толщины до (20-30) нм из полуметаллического состояния в полупроводниковое состояние. С этим предположением таюке связывают возможность значительного увеличения термоэлектрической эффективности пленок висмута [11].

Величина эффектов, наблюдаемых на пленках висмута, зависит от качества их структуры [4].

Настоящая работа посвящена поиску возможностей совершенствования структуры пленок висмута и изучению влияния структуры на электрические свойства. Работа выполнена в лаборатории полуметаллов РГПУ им. А.И. Герцена, в которой изучение полуметаллов ведутся уже несколько десятков лет. За это время накоплен богатый опыт исследования данного класса материалов, а также впервые получены оригинальные результаты по исследованию процессов роста гомогенных монокристаллов висмута. В частности, обнаружено, что кристаллы типа висмута обладают значительной анизотропией скоростей роста, что обычно приводит при выращивании без затравок к появлению нескольких крупных блоков двойников в слитке. В. М. Овсяновым и В. JI. Налетовым [12,13] были установлены преимущественные направления роста кристаллов, в которых при использовании затравки методом зонной перекристаллизации с большой степенью вероятности можно получить единый монокристаллический слиток. Была обнаружена новая система двойникования в кристаллах типа висмута, в которой, в отличие от ранее известной системы двойникования, для двух смежных ячеек общим элементом является не ребро, а грань псевдокуба [14]. Выполнен большой объем исследований влияния двойниковых прослоек на явления переноса в кристаллах висмута и сплавов висмута с сурьмой в широком интервале температур и магнитных полей .

Параллельно с исследованиями массивных кристаллов в лаборатории полуметаллов проводятся исследования тонких пленок полуметаллов. Пионерской работой в изучении структуры и свойств тонких пленок висмута в лаборатории является работа Михайличенко Т.В. [15]. Оригинальные результаты по улучшению структуры пленок висмута и исследованию влияния механических напряжений на кинетические коэффициенты получены В.А. Комаровым [16].

Следует отметить, что до последнего времени подавляющее большинство исследований было посвящено изучению физических свойств пленок висмута и возможностей их применения. Работы же по исследованию закономерностей конденсации тонких пленок висмута, их кристаллизации на подложках и влияния внешних условий на характер протекания процессов кристаллизации пленок висмута и их структуру носили в большинстве случайный характер. Отсутствие систематических исследований связи структуры пленок с условиями их получения, а также зависимости физических свойств от структуры пленок, приводит к большому разбросу литературных данных по кинетическим коэффициентам. Гальваномагнитные эффекты сильно различаются не только по величине, но и по знаку, что приводит к неоднозначности интерпретации результатов. Это существенно ограничивает возможности внедрения результатов исследований физических свойств пленок в приборостроение и технику. К настоящему времени накоплен значительный экспериментальный материал по исследованию квантовых размерных эффектов (КРЭ) в пленках висмута [17-20] . Однако эти данные также весьма противоречивы. Вызывает сомнение и правильность их трактовки.

Для исследования структуры тонких пленок используются рентгенографические, электронографические, металлографические (по фигурам травления) и другие методы [21]. Для каждой конкретной задачи перечисленные методы не являются универсальными, требуется поиск оптимальных методов.

Появление различных методов сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), в частности, атомно-силовой микроскопии (АСМ) дало дополнительные возможности для получения информации о структуре пленок.

Таким образом, исследование структуры пленок висмута в зависимости от особенностей технологии их изготовления и выяснение зависимости физических свойств от качества структуры является актуальной задачей.

Целью работы является исследование влияния режимов получения пленок висмута методом термического испарения в вакууме на структуру пленок, а также влияния дефектов структуры на гальваномагнитные свойства пленок висмута.

На данном этапе основное внимание уделено использованию подложек из слюды (мусковит), оказывающих ориентирующее влияние на кристаллографическую ориентацию выращиваемых пленок, так что ось третьего порядка Сз преимущественно ориентирована перпендикулярно подложке, что упрощает постановку эксперимента по исследованию эффектов переноса в них и интерпретацию получаемых результатов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.

1. Разработать способы определения кристаллографической ориентации и размеров кристаллитов пленок висмута на слюде с использованием атомно-силовой микроскопии (АСМ).

2. Получить пленки висмута различной толщины на слюде, при температурах подложки от 20 до 230 °С, скоростях осаждения от 0,5 - 20 нм/с, температурах отжига от 180 — 270 °С.

3. Провести исследования структуры этих пленок на сканирующем зондовом микроскопе методом атомно-силовой микроскопии и выявить основные закономерности влияния режимов получения на структуру тонких пленок висмута на слюде.

4. Выполнить измерения удельного сопротивления, коэффициента Холла и магнетосопротивления в интервале температур 77 - 300 К и магнитных полей 0 — 0,6 Тл на пленках, имеющих различные структурные характеристики.

5. Рассчитать подвижности электронов и дырок в пленках висмута в интервале температур 77-300 К и установить их связь со структурой пленок. На основании полученных результатов определить вклад различных дефектов структуры в рассеяние электронов и дырок в пленках висмута.

6. Установить основные пути оптимизации режимов получения пленок висмута для достижения наиболее совершенной структуры пленок и наибольших значений подвижностей носителей заряда.

Научная новизна. В отличие от ранее выполненных работ, посвященных исследованию структуры и свойств пленок висмута, проведено целенаправленное комплексное исследование влияния различных технологических параметров получения пленок висмута на их структуру (размеры и взаимная ориентация кристаллитов, совершенство поверхности) с применением новых, разработанных в данном исследовании, методов анализа поверхности и блочной структуры пленок с применением АСМ. Определен оптимальный режим получения пленок висмута методом термического испарения на подложки из слюды, обеспечивающий наиболее совершенную структуру и наибольшие подвижности носителей заряда.

На основе экспериментальных данных о влиянии отжига на размеры кристаллитов в пленках висмута на подложках из слюды предложена модель структурной перестройки, обеспечивающей увеличение размеров блоков.

Определен вклад поверхности и границ кристаллитов в рассеяние носителей заряда в исследуемых пленках висмута.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Избирательное травление и декорирование с помощью естественного оксидирования в сочетании с АСМ позволяет определить размеры блоков и их взаимную кристаллографическую ориентацию в пленках висмута субмикронных толщин.

2. Применяемые методы исследования структуры пленок обеспечивают возможность оптимизации технологии получения пленок с высоким совершенством структуры и максимальными подвижностями носителей заряда.

3. Отжиг наиболее эффективен для выращивания крупноблочных пленок висмута на ориентирующей подложке в случае исходной структуры пленок висмута, имеющей кристаллиты только с двумя противоположными ориентациями кристаллографических осей. 4. В пленках висмута, имеющих размер кристаллитов на порядок больше чем толщина пленки, ограничение подвижности электронов связано, в основном, с взаимодействием с поверхностью пленки, а подвижности дырок - с взаимодействием с границами блоков.

Теоретическая значимость работы. Полученные результаты представляют собой этап исследования закономерностей изменения свойств полуметаллов при переходе от массивных монокристаллов к тонким пленкам, обусловленных, в частности, проявлением классического размерного эффекта в пленках висмута, вкладами в него рассеяния носителей заряда на поверхности пленки и границах кристаллитов. Предложена модель процесса рекристаллизации при отжиге, которая позволяет понять различную его эффективность для пленок висмута, имеющих различную исходную структуру.

Практическая значимость работы. Разработаны неразрушающие способы выделения межкристаллитных границ и определения взаимной ориентации кристаллитов в пленках висмута субмикронной толщины с помощью естественного оксидирования или травления в сочетании с атомно-силовой микроскопией, которые могут быть использованы для контроля качества тонкопленочных изделий.

При контроле методами АСМ оптимизированы режимы получения пленок висмута, имеющих структуру, близкую к монокристаллической. Эти пленки могут использоваться для разработки термоэлектрических преобразователей энергии, болометров, тензометров, а также для исследования классических и квантовых размерных эффектов в низкоразмерных системах на основе висмута.

Связь темы с планом научных работ.

Диссертационная работа является частью научных исследований научно-исследовательской лаборатории полуметаллов и проводилась в рамках тематики НРШ Физики РГПУ им. А.И. Герцена (финансирование: Министерством образования и науки РФ в решках аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы" № 2.1.1/3847 «Закономерности изменения свойств при переходе от массивного монокристалла к наноструктурам на основе полуметаллов и узкозонных полупроводников системы висмут-сурьма», а также правительством Санкт-Петербурга (распоряжение Комитета по науке и высшей школы от 20.06.2008 №68, грант № 2.4/28-04/10 «Совершенствование структуры пленок висмута при ее контроле методом атомно-силовой микроскопии»)).

Достоверность и обоснованность результатов и выводов диссертации обеспечивается: применением апробированных способов получения пленок висмута при контроле их структуры различными методами сканирующей зондовой и электронной микроскопии, сравнительным анализом их результатов, экспериментальным исследованием апробированными методами комплекса гальваномагнитных явлений в этих пленках, их интерпретацией в рамках общепризнанных теорий, согласованностью полученных результатов с результатами опубликованных работ в той части, в которой сравнение результатов возможно.

Апробация работы. Основные научные результаты докладывались на следующих конференциях и семинарах: X Межгосударственном семинаре «Термоэлектрики и их применения» (Санкт-Петербург, 2006 г.), XI Межгосударственном семинаре «Термоэлектрики и их применения» (Санкт-Петербург, 2008г), XIII Международном форуме по термоэлектричеству (г. Киев, Украина, 2009 г.), XVI Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел «РЭМ 2009» ( Черноголовка, 2009 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Физические явления в конденсированном состоянии вещества» (Чита, 2009 г.) и на научных семинарах лаборатории полуметаллов кафедры общей и экспериментальной физики Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 4 в журналах из списка ВАК.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка используемой литературы. Работа содержит 150 страниц сквозной нумерации, 57 рисунка, 4 таблицы. Список литературы включает 177 наименований.

Основные результаты и выводы работы:

В ходе проведенных исследований установлено следующее:

1. Декорирование с помощью естественного оксидирования или предварительное избирательное химическое травление в сочетании с АСМ позволяют выявить границы блоков, определить их размеры и взаимную кристаллографическую ориентацию в пленках висмута в широком диапазоне изменения толщины пленок.

2. Для выявления границ кристаллитов «тонких» пленок (толщина меньше 0,5 мкм) лучше использовать декорирование, так как данный способ носит неразрушающий характер и более прост в реализации. В случае «толстых» пленок (толщина больше 1 мкм) более эффективно использовать химическое травление, так как время, необходимое для декорирования, становится очень большим.

3. Фигуры роста пленок висмута на слюде или ямки травления в виде правильных треугольников соответствуют следующей кристаллографической ориентации блока: ось Сз ориентирована перпендикулярно плоскости подложки, оси С2 направлены параллельно сторонам треугольной фигуры роста. При этом для одной и той же кристаллографической ориентации вершины треугольных ямок травления и фигур роста противоположно направлены.

4. Состояние поверхности отражает объемную структуру пленок висмута вследствие малости толщины пленки. Типичными дефектами, выходящими на поверхность пленок висмута, являются границы блоков и бугорки.

5. Структура поверхности и объемная структура пленок висмута существенно зависят от режимов их изготовления. Эта зависимость оказывается различной для пленок различной толщины.

6. Применяемые методы исследования структуры поверхности обеспечивают возможность оптимизации процесса изготовления пленок с наиболее совершенной структурой и максимальными подвижностями носителей заряда.

7. Для выращивания крупноблочных пленок висмута на ориентирующей подложке в сочетании с отжигом оптимальным является использование пленок с исходной структурой, имеющей кристаллиты только с двумя противоположными ориентациями кристаллографических осей.

8. Для выращивания пленок висмута на слюде, имеющих крупноблочную структуру и большие подвижности носителей заряда, оптимальным режимом является: температура подложки 140 °С и последующий отжиг при температуре около 240 °С.

9. В пленках висмута реализуется размерный эффект, заключающийся в ограничении подвижностей носителей заряда при взаимодействии с поверхностью, границами блоков и бугорками. В пленках, имеющих размер кристаллитов на порядок больше чем толщина пленки, ограничение подвижностей электронов связано, в основном, с взаимодействием с поверхностью пленки, а подвижностей дырок - с взаимодействием с границами блоков.

Полученные результаты по оптимизации режимов изготовления и структуре пленок висмута, исследованию подвижностей носителей заряда в пленках висмута обеспечивают возможность продолжения исследований, направленных на разработку методов получения не только крупноблочных, но и монокристаллических пленок висмута и сплавов висмут-сурьма, как нелегированных, так и легированных донорными и акцепторными примесями, и исследования закономерностей физических явлений в этих пленках.

В заключение выражаю глубокую благодарность научному руководителю доктору физ.-мат. наук, профессору Владимиру Миновичу Грабову за предложение интересной темы, постоянное внимание к работе и большую помощь в обсуждении результатов исследований, кандидату физ.-мат. наук, доценту Владимиру Алексеевичу Комарову за большую помощь в постановке эксперимента, обсуждении результатов исследований, многочисленные консультации и ценные советы, кандидатам физ.-мат. наук, доцентам Инне Ивановне Худяковой и Татьяне Андреевне Яковлевой за ценные рекомендации по оформлению данной работы, а также всем сотрудникам лаборатории полуметаллов РГПУ им. А. И. Герцена за помощь в работе.

Заключение

Главной целью настоящей работы являлось исследование влияния режимов получения пленок висмута методом термического испарения в вакууме на структуру пленок, а так же влияния дефектов структуры, в первую очередь, границ кристаллитов и концентрации бугорков на гальваномагнитные свойства пленок висмута. Решение данной задачи потребовало разработки методов контроля качества структуры пленок, позволяющих визуализовать с помощью атомно-силовой микроскопии границы кристаллитов с целью определения их размеров в пленках любой толщины.

1. Иванов Г.А., Грабов В.М. Физические свойства кристаллов типа висмута // ФТП. 1995. Т. 29, С. 1040-1050.

2. Иванов Г.А. Электрические и гальваномагнитные свойства висмута и его сплавов (твердые растворы) в широком температурном интервале: Дис. . докт. физ. мат.наук. JL: ЛГПИ, 1964. 241 с.

3. Грабов В.М. Энергетический спектр и механизмы релаксации носителей заряда в легированных кристаллах висмута, сурьмы и сплавов висмут-сурьма.: Дис. . докт. физ. мат. наук. Санкт-Петербург, 1998.

4. Комник Ю.Ф. Физика металлических пленок. М.: Атомиздат, 1979. 264с.

5. Mahan G.D., Sofo J.O. The best thermoelectric //Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1999. V. 93 (15). P. 74367439.

6. Lin Y.-M., Rabin O., Cronin S.B., Ying J.Y., Dresselhaus M.S. Semimetal-semiconductor transition in BiSb alloy nanowires and their thermoelectric properties // Applied Physics Letters. 2002. V. 81 (13). P. 2403.

7. O'Dwyer M.F., Humphrey Т.Е., Linke H. Concept study for a high-efficiency nanowire based thermoelectric // Nanotechnology. 2006. V.17 (11). P. S338-S343.

8. Heremans J.P. Low-Dimensional Thermoelectricity // Acta physica Polonica A. 2005. V.108, No 4. P. 609-634.

9. Hoffman C.A., Meye J.R.r, Bartoli F.J., DiVener A.E, Yi X.J., Hou C.L., Wang H.C., Ketterson J.B. and Wong G.K. Semimetal-to-semiconductor transition in bismuth thin // Phys. Rev. B. 1993. V. 48. P. 11431-11434.

10. Rogacheva E.I, Lyubchenko S.G, Nashchekina O.N., Meriuts A.V., Dresselhaus M.S. Quantum size effects and transport phenomena in thin Bi layers //Microelectronics Journal. 2009. V 40. P. 728-730.

11. Налетов В.Л. Электрические, тепловые и термоэлектрические свойства сплавов висмут-сурьма различной степени неоднородности: Дис. . канд.физ.-мат.наук. Ленинград: ЛГПИ, 1969. 148 с.

12. ГрабовВ. М, Иванов Г. А., Налетов В. Л., ОвсяновВ. М., Парахин А. С. О двух типах двойников в кристаллах висмута и сплавов висмут-сурьма // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1982. Т. 18. С. 33-37.

13. Михайличенко Т.В. Условия получения и электрические свойства пленок висмута: Дис. . канд.физ.-мат.наук. Ленинград, 1973. 135 с.

14. Комаров В.А. Исследование кинетических свойств пленок висмута на различных подложках: Дис. . канд. физ.- мат. наук. Л.: ЛГПИ, 1989. 117 с.

15. Тавгер Б.А., Демиховский В .Я. Квантовые размерные эффекты в полупроводниковых и полуметаллических пленках. УФН. 1968. Т. 96. С. 61-86.

16. Комник Ю.Ф., Бухштаб Е.И., Наблюдение квантового и классического размерных эффектов в поликристаллических тонких пленках висмута // ЖЭТФ. 1968. Т. 54. С. 63-68.

17. Бухштаб Е.И., Никитин Ю.В., Комник Ю.Ф., Квантовый размерный эффект в пленках сплава висмут-сурьма // ФНТ. 1977. Т. 3. С. 755-761.

18. Жерихин А.Н., Шубный Г.Ю., Жерихина Л.Н. и др. Импульсное лазерное напыление квантоворазмерных пленок висмута // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2000. Т. 6. С. 79-83.

19. Bubert Н., Jenett Н. Surface and Thin Film Analysis: Principles, Instrumentation, Application. Wilay-VCH Verlag GmbH. 2002. 336 p.

20. Shubnikov L., de Haas W.Y. A New Phenomenon in the Change of Resistance in a Magnetic Field of Single Crystals of Bismuth. // Nature. 1930. V. 126, P. 500.

21. Gait J.K., Yager W.A., Merritt F.R., Cetlin B.B., Dail H.W. Cyclotron Resonance in Metals: Bismuth//Phys.Rev. 1955. V. 100. P. 748-749.

22. Green В .A., Chandrasekhar B.S. Observation of Oscillatory Magnetostriction in Bismuth at 4.2°K // Phys. Rev. Lett. 1963. V. 11. P. 331-332.

23. Хайкин M.C. Магнитные поверхностные уровни // УФН. 1968. Т. 96, №3. С. 409-440.

24. Гицу Д.В., Голбан И.М., Канцер В.Г., Мунтяну Ф.М. Явления переноса в висмуте и его сплавах. Кишинев: Штиинца, 1983. 266 с.

25. Абрикосов А.А., Брандт Н.Б. Новые состояния вещества // Вестник АН СССР. 1973. №2. С. 3-13.

26. Фальковский JI.A. Физические свойства висмута // УФН. 1968. Т.94, № 1. С. 3-41.

27. Джонс Г. Теория зон Бриллюэна и электронные состояния в кристаллах. М.: Мир, 1968. 264 с.

28. Абрикосов А.А. Некоторые вопросы теории полуметаллов // ЖЭТФ. 1973. Т. 65, № 5. С. 2063-2074. '

29. ЗЗ.Эдельман B.C. Свойства электронов в висмуте // УФН. 1977. Т. 123, № 2. С. 257-287.

30. Алексеева В.Г., Лифшиц Т.М., Чиркова Е.Г., Шульман А .Я. Bi-Sb новый полупроводниковый материал // Радиотехника и электроника. 1978. Т. 23, № 9. С. 1926-1939.

31. Гантмахер В.Ф., Левинсон И.Б. Рассеяние носителей тока в металлах и полупроводниках. М.: Наука, 1984. 350 с.

32. Соболев В.В. Энергетическая структура узкозонных полупроводников. Кишинев: Штиинца, 1983. 288 с.

33. Алексеевский Н.Е., Гайдуков Ю.П., Грибников З.С.и др. Электроны проводимости / Под ред. Каганова М.И. и Эдельмана B.C. М.: Наука, 1984. 416 с.

34. Boyle W.S., Smith G.E. Bismuth // Progress in Semiconductors. 1963. V. 7. P. 1-44.

35. Cohen M.H. Falicov L.M., Golin S. Crystal chemistry and band structures of the group V semimetals and the IV-VI semiconductors // IBM J. Res. and Develop. 1964. V.8, № 3. P. 215-227.

36. Mavroides J.H. Magneto-optics // High Magnetic Fields and their Application. Nottidham, 1969. P. 16-70.

37. Goldsmid H.J. Bismuth-antimony alloys // Phys. Stat. Sol. (a). 970. V.l, № 1. P. 7-28.

38. Dresselhaus M.S. Electronic Properties of the group V semimetals // J. Phys. Chem. Solids. 1971. V. 32, Suppl. 1. P. 3-33.

39. Lovett D.R. Semimetals and Narrow Band Gap Semiconductors. London: Point Limited, 1977. 256 p.44.1ssi J.P. Low temperature transport properties of the group V semimetals // Australien J. Phys. 1979. V. 32, №6. P. 585-628.

40. Holl I.J., Koenig S.H. Transport Properties and Band Structure in Bi, Sb and Bi-Sb Alloys // IBM J. Res. Dev. 1964. V. 8, № 3. p. 241-246.

41. Гельмонт Б.Л. Иванов-Омский В.И., Цидильковский И.М. Электронный энергетический спектр бесщелевых полупроводников // УФН. 1976. Т. 120, №3. с. 337-362.

42. Шенберг Д. Магнитные осцилляции в металлах. М.: Мир, 1986. 680 с.

43. Волков В.А. Панкратов О.А., Сазонов А.В. Зонная структура полупроводников группы A3 В 5 в приближениии сильной связи на р-орбиталях// ФТП. 1982. Т. 16, № Ю. С. 1734-1742.

44. Цидильковский И.М. Термомагнитные явления в полупроводниках. М.: Физматгиз, 1960. 396 с.

45. Гицу Д.В. Комплексное исследование явлений переноса в висмуте и сплавах висмут-сурьма, легированных донорными примесями: Дис. . докт. физ. мат. наук. Л.: ЛГПИ, 1973. 438 с.

46. Эдельман B.C. Исследование свойств электронов в висмуте: Автореф. дис. . докт. физ. мат.наук. М.: ИФП АН СССР, 1975. 24 с.

47. Фальковский Л.А. Электронные свойства полуметаллов: Автореф. дис. . докт. физ. мат.наук. М.: ИПФ АН СССР, 1976. 24 с.

48. Чудинов С.М. Фазовые электронные переходы в магнитном поле: Автореф. дис. . докт. физ.-мат. наук. М.: МГУ, 1979. 56 с.

49. Пономарев Я.Г. Энергетический спектр носителей заряда в узкощелевых полупроводниках и полуметаллах: Дис. . докт. физ. -мат. наук. М.: МГУ, 1984. 605 с.

50. Богод Ю.А. Влияние границ и внутренних возбуждений на кинетику электронов проводимости в полуметаллах: Автореф. дис. . докт. физ.-мат. наук. Харьков: ФТИНТ АН УССР, 1984. 30 с.

51. Киттель Ч. Введение в физику твердого теда. М. Наука, 1978. 798с.

52. Goldsmid H.J. Transport Effect in Semimetals and Narrow-gap Semiconductors // Adv.Phys. 1965. V.14, № 55. P. 273-326.

53. Костов И. Кристаллография. M.: Мир, 1965. 528 с.

54. Cucka P., Barret C.S. The Crystal Structure of Bi and of Solid Solution of Pb, Sn, Sb and Те in Bi // Acta Cryst. 1961. V. 121, № 2. P. 387-395.

55. Дивин Н.П. Физические основы управляемого выращивания монокристаллов висмута для анизотропных термоэлементов и их применения. Дис. . канд.физ.-мат.наук. Ленинград, 1982. 173 с. 61.3айман Дж. Принципы теории твердого тела. М.: Мир, 1974. 472 с.

56. Macfarlane F.E. Lattice Dynamics of Bismuth // J. Phys. Chem. Sol. 1971. V.32, P. 989-995.

57. Harrison W.A. Bismuth Fermi surface // J. Phys. Chem. Solids. 1960. V.17. P. 171-173.

58. Shoenberg D. The magnetic Properties of Bismuth // Proc. Roy. Soc. 1939. V.170. P. 341-364.

59. Blackman M. On the Diamagnetic susceptibility of Bismuth // Pros. Roy. Soc. A. 1938. V.166.P. 1-15.

60. Mase S. Electronic Structure of Bismuth Type Crystals // J. Phys. Soc. Japan. 1957. V.13, № 5. P. 434-445.

61. Mase S. The Band Structure of Bi // J. Phys. Soc. Japan. 1959. V. 14. P. 534-542.

62. Lerner L.S. Shubnikov de Haas effect in bismuth // Phys.Rev. 1962. V.127 P. 1480-1492.

63. Ferreira L.G. Relativistic Band Structure Calculation for Bismuth // J. Phys. Chem. Solids. 1967. V.28. P. 1891-1902.

64. Ferreira L.G. Band Structure Calculation for Bismuth: Comparison with experiment// J. Phys. Chem. Solids. 1968. V.29. P. 357-365.

65. Zitter R.H. Small-field galvanomagnetic tensor of Bi at 4.2 К // Phys. Rev. 1962. V.127. P. 1471-1480.

66. Jain A. L., Koenig S. H. Electrons and Holes in Bismuth // Phys. Rev. 1962. V. 127. P. 442-446.

67. Koenig S.H. Lopez A.A. Location of the Valence-Band Maximum in Bismuth // Phys. Rev. Lett. 1968. V.20. P. 48 50.

68. Брандт Н.Б., Долголенко Т.Ф., Ступоченко H.M. Исследование эффекта де Гааза-ван-Альфена у висмута при сверхнизких температурах // ЖЭТФ. 1963. Т.45. С. 1319-1335.

69. Брандт Н.Б., Любутина Л.Г. Исследование эффекта де Гааза-ван-Альфена у сплавов висмута с селеном, теллуром и цинком // ЖЭТФ. 1967. Т.52. С. 686-698.

70. Эдельман B.C. Исследование висмута в квантующем магнитном поле // ЖЭТФ. 1975. Т.68. С. 257-272.

71. Golin S. Band Structure of Bismuth: Pseudopotential Approach // Phys. Rev. 1968. V. 166. P.643 651.

72. Norin В. Temperature and Pressure Dependence of the Band Structure in Bi // Physica Scripta. 1977. V.15. P. 341-348.

73. Wang P. Y., Jain A. L. Modulated Piezoreflectance in Bismuth // Phys. Rev. В 2. 1970. P. 2978-2983.

74. Liu Y., Allen R.E. Electronic structure of the semimetals Bi and Sb Phys. Rev.

75. B. 1995. V. 52. P. 1566-1577.

76. Офицеров A.B. Исследование электронных свойств поверхности висмута методами сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии: Дис. . канд. физ.- мат. наук. М., 2003. 120 с.

77. Эдельман B.C. Форма электронной поверхности Ферми висмута // ЖЭТФ. 1973. Т. 64. С. 1734-1745.

78. Smith G.E., Baraff G.A., Rowell J.M. Effective g Factor of Electrons and Holes in Bismuth // Phys. Rev. 1964. V. 135, P. A1118 A1124.

79. Абрикосов A.A., Фальковский JI.A. Теория электронного энергетического спектра металлов с решеткой висмута // ЖЭТФ. 1962. Т.43. С. 1089-1101.

80. Фальковский JI.A., Разина Г.С. Электроны и дырки в висмуте //Журн. экспер. и теор. физ. 1965. Т. 49. С.265-274.

81. Abrikosov А.А. Gapless state of bismuth-type semimetals // Journal of Low Temperature Physics. 1972. V. 8. P. 315-338.

82. Брандт Н.Б. Мощалков B.B., Чудинов C.M. Изменение связности электронной изоэнергетической поверхности у Bi под давлением // Письма в ЖЭТФ. 1977. Т.25. С. 361-365

83. Волков Б.А., Фальковский J1. А. Электронная структура полуметаллов группы V // ЖЭТФ. 1983. Т. 85. С. 2135-2151.

84. Кайданов В.И., Регель А.Р. О влиянии толщины пленок висмута на их электрические свойства// ЖТФ. 1958. Т.28. С. 403.

85. Иванов Г.А. Грабов В.М., Михайличенко Т.В. Влияние дефектов структуры на гальваномагнинитные явления в пленках висмута // ФТТ. 1973. Т. 15.С. 573.

86. КомникЮ.Ф., БухштабЕ.И., Никитин Ю.В., Андриевский В.В. Особенности температурной зависимости сопротивления тонких пленок висмута // ЖЭТФ. 1971. Т. 60. С. 669.

87. Огрин Ю.Ф., ЛуцкийВ.Н., АрифоваМ.У. и др. Температурная зависимость удельного сопротивления и постоянной Холла размерно-квантованых пленок висмута//ЖЭТФ. 1967. Т.53. С. 1218.

88. Goswami A. Ojha S.M. Electrical properties of vacuum deposited Bismuth films // Indian J. Phys. 1975. V. 49. P.847-859.

89. Le Traon J.Y., Combet H.A. Conductivite electrique et effet Hall dans des couches minces de bismuth entre 4,2 К et 300 К // J. Phys. France. 1969. V.30. P. 419-426.

90. Michon P. Influence de la taille des grains et de l'onde de de broglie sur les proprietes de transport des couches minces de bismuth // Thin Solid Films. 1973. V. 16. P. 335-344.

91. Комник Ю.Ф.Андриевский B.B. Кинетические свойства пленок висмута // ФНТ. 1975. Т.1.С.104-109.

92. Hoffman С.А., Meyer J.R., Bartoli F.J., Venere A. D., Yi X.J., Hou C.L., Wang H.C., Ketterson J.B., Wong G.K. Semimetal-to-semiconductor transition in bismuth thin .films // Phys. Rev. B. 1993. V. 48. P. 11431-11434.

93. Hoffman C. A., Meyer J. R., Bartoli F. J., Venere A. D., Yi X. J., Hou C. L., Wang H. C., Ketterson J. В., Won G. K. Reply to "Comment on 'Semimetal-to-semiconductor transition in bismuth thin films" // Phys. Rev. 1995 V. 51. P. 5535-5537.

94. Chu H.T. Comment on "Semimetal-to-semiconductor transition in bismuth thin films" // Phys. Rev. 1995. В. V. 51. P. 5532-5534.

95. Garcia N., Kao Y. H. Galvanomagnetic Studies of Bismuth Films in the Quantum-Size-Effect Region. // Phys. Rev. B. 1972. V.5, P. 2029 2039.

96. Окунь И.З. Фрайман B.C., Чудновский А.Ф. Магнетосопротивление тонких слоев висмута // ФТП. 1972. Т. 6. С. 715-717.

97. Yang, F. Y., Liu Kai, Chien С. L Searson P. C. Large Magnetoresistance and Finite-Size Effects Electrodeposited in Single-Crystal Bi Thin Films // Phys. Rev. Lett. 1999. V.82. P.3328-3331

98. Rogacheva E.I., Grigorov S.N., Nashchekina O.N., Lyubchenko S. Quantum-size effects in n-type bismuth films. // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 82. P. 2628-2630.

99. Rogacheva E.I., Lyubchenko S.G., Dresselhaus M.S. Semimetal-semiconductor transition in thin Bi films. Thin Solid Films. 2008. V. 516. P. 3441-3415.

100. Casimir H. B. G. On Onsager's Principle of Microscopic Reversibility // Rev. Mod. Phys. 1945. V. 17. P. 343 350.

101. Kohler M. Magnetischer Halleffekt in kristallinen Medien // Annalen der Physik. 1934. V. 412. P. 878-890.

102. Kohler. M. Magnetische Widerstandsanderung in kristallinen Medien// Annalen der Physik. 1934. V. 412. P. 891-908

103. Kao L.P., Katz E. Phenomenological theory of anisotropic isothermal galvanomagnetic effects // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1958. V.6. P. 223-235

104. ПО.Палатник JI.C. Фукс М.Я., Косевич B.M. Механизм образования и субструктура конденсированных пленок. М.: Наука, 1972. 320 с Ш.Палатник JI.C. Папиров И.И. Эпитаксиальные пленки. М.: Наука, 1971. 480 с.

105. Косевич В.М., Палатник JI.C., Шевченко С.И., Антонова В.А. О форме частиц металлических конденсатов на начальных стадиях роста // ФТТ. 1964. Т.6. С. 3240-3244.

106. Палатник JI.C. Косевич В.М., Литвиненко Ю.Г. Влияние температуры подложки и толщины слоя на структуру конденсатов висмута // ФММ. 1963. Т. 15. С.371-378.

107. Палатник Л.С., Ильинский А.И. Механические свойства металлических пленок//УФН. 1968. Т.95, № 4. С.613-645.

108. Палатник Л.С., Черемской П.Г., Фукс М.Я. Поры в пленках. М.: Энергоиздат, 1982. 215 с.

109. Палатник Л.С., Федоренко А.И., Едыкин В .Я., Гамаюнов В.Ф. Выращивание монокристаллических пленок под защитным покрытием // ПТЭ. 1975. № 6. С. 243-245.

110. Комник Ю.Ф. Электронографические наблюдение процесса образования тонких металлических пленок // ФММ. 1963. Т. 16. С. 867-871.

111. Кукушкин С.А., Осипов А.В. Процессы конденсации тонких пленок // УФН. 1998. Т.168. С.1083-1116.

112. Хирс Д, Паунд Г. Испарение и конденсация. М.: Металлургия, 1966. 196 с.

113. Walton D. Nucleation of Vapor Deposits // Chem. Phys. 1962. V. 37. P. 2182-2188

114. Чернов A.A, Гиваргизов Е.И. Багдасаров X.C. Современная кристаллография /Ред. Б К Вайнштейн. Т. 3. М.: Наука, 1980. 408 с.

115. Дубровский В.Г. Теория формирования эпитаксиальных наноструктур. М.: Физматлит, 2009. 352 с.

116. Дубровский В.Г., Цырлин Г.Э. Кинетика роста тонких пленок при зародышевом механизме формирования слоев // ФТП, 2005. Т. 39, С. 1312-1319.

117. Кукушкин С.А., Слезов В.В. Дисперсные системы на поверхности , твердых тел. Механизмы образования тонких пленок (эволюционныйподход). СПб.: Наука. 1996. 304 с.

118. Слезов В. В. ,Сагаловнч В. В. Диффузионный распад твердых растворов //УФН. 1987. Т.151, №1. С. 67-104.

119. Kukushkin S. A. Osipov А. V. Soliton model of island migration in thin films // Surf. Sci. 1995 V. 329. P. 135-140.

120. Беленький В. 3. Геометрико-вероятностные модели кристаллизации. M.: Наука, 1980. 84 с.

121. Волощук В. М Кинетическая теория коагуляции. JL: Гидрометеоиздат, 1984. 284 с.

122. Jnawali G., Hattab H., Krenzer В., Horn von Hoegen M. Lattice accommodation of epitaxial Bi(l 11) films on Si(001) studied with SPA-LEED and AFM // Phys. Rev. B. 2006. V. 74, P. 195340-1-195340-5

123. Yang F.Y., Liu K., Hong K., Reich D.H., Searson P.C., Chien C.L. Large magnetoresistance of electrodeposited single-crystal bismuth thin films //Science. 1999. V.284. P. 1335-1337.

124. Yang M., Hu Z. Electrodeposition of bismuth onto glassy carbon electrodes from nitrate solutions // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2005. V.583. P. 46-55.

125. Besse F., Boulanger C. ,Lecuire J.M. Preparation of BiSb films by electrodeposition // Journal of Applied Electrochemistry. 2000. V. 30. P. 385-392.

126. Vereecken P.M., Ren S., Sun L., Searson P.C. Electrodeposition of BiSb thin films // Journal of the Electrochemical Society. 2003. V.150. P. C131-C139.

127. Besse F., Boulanger C., Bolle В., Heizmann J.J. Influence of electrochemical deposition conditions on the texture of bismuth antimony alloys // Scripta Materialia. 2006. V.54. P. 1111-1115.

128. Chien C.L., Yang F.Y., Liu K., Reich D.H., Searson P.C. Very large magnetoresistance in electrodeposited single-crystal Bi thin films (invited) //Journal of Applied Physics. 2000. V. 87. P. 4659-4664.

129. Vereecken P.M., Sun L., Searson P.C., Tanase M., Reich D.H., Chien C.L. Magnetotransport properties of bismuth films on p-GaAs // Journal of Applied Physics. 2000. V. 88. P. 6529-6535.

130. Sadale S.B., Patil P.S. Nucleation and growth of bismuth thin films onto fluorine-doped tin oxide-coated conducting glass substrates from nitrate solutions // Solid State Ionics. 2004. V.167. P. 273-283.

131. Keng Shuo Wu and Ming Yau Cherna Electrical transport properties of n-type (110)- oriented bismuth thin films grown at 110 К on glass substrates // Journal of Applied Physics. 2008. V. 104, P. 033704-1-033704-4

132. Dauscher A., Boffou6 M.O., Lenoir В., Martin-Lopez R., Scherrer H., Unusual growth of pulsed laser deposited bismuth films on Si(100) // Appl. Surf. Sci. 1999. V. 138-139. P. 188-194

133. Boffoue M.O., Lenoir В., Scherrer H., Dauscher A. Pulsed laser deposition of bismuth in the presence of different ambient atmospheres // Thin Solid Films. 1998. V. 322. P. 132-137.

134. J.C.G. de Sande, Missana T. and Afonso C.N. Optical properties of pulsed laser deposited bismuth films // J. Appl. Phys. 1996. V. 80 , P. 7023-7027

135. Александров. JI.H. Проблемы эпитаксии полупроводниковых пленок. Новосибирск: Наука, 1972. 226 с.

136. Бондарев Ю.М., Бирючинский Ю.Б., Гончаров Е.Г. Процессы дефектообразования в твердых растворах висмут-сурьма // Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Формация. 2003. №1. С.5-8.

137. Бондарев Ю.М., Гончаров Е.Г., Миллер Е.Б. Экстремумы свойств в системе висмут-сурьма // Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Формация. 2004.№1. С. 16-20.

138. Франкомб М.Х., Джонсон Дж.Е. Получение и свойства полупроводниковые пленок // Физика тонких пленок / под ред. Г.Хасса и Р.Э.Туна; Перев. с англ. М.: Мир, 1972. Т.5. С. 140-244.

139. Бурчакова В. И. Исследование структуры и физические свойства тонких пленок висмута в зависимости от условий конденсации.: Дис. . канд. физ.-мат. наук. Кишенев. 1973. 130 с.

140. Холлэнд JI. Пленочная микроэлектроника. М.: Мир. 1968. 368 с.

141. Kukushkin S A, Osipov А. V. Microscopic theory of epitaxial film growth on vicinal surfaces // Thin Solid Films. 1993. V. 227, P. 119-127.

142. Binnig G., Rohrer H., Gerber Ch., Weibel E. Surface Studies by Scanning Tunneling Microscopy. // Phys. Rev. Lett. 1982. V. 49. P. 57-61.

143. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. Нижний Новгород. 2004. 114 с.

144. Быков В.А. Приборы и методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования и модификации поверхностей: Дис. . докт. физ. мат.наук. М. 2000. 394с.

145. Протасов К.В. Статистический анализ экспериментальных данных. М.: Мир. 2005. 142 с.

146. Грабов В.М., Демидов Е.В., Комаров В.А. Атомно-силовая микроскопия пленок висмута. // ФТТ. 2008. Т. 50. С. 1312-1316.

147. Комаров В.А., Климантов М.М., Логунцова М.М., Пылина С.Н., Демидов Е.В. Кинетические явления и структура пленок висмута // Известия

148. РГГТУ им. А.И. Герцена. Физика. Научный журнал. 2006. № 6 (15). С. 131-143.

149. Грабов В.М., Демидов Е.В., Комаров В.А. Климантов М.М. Атомно-силовая микроскопия декорированных оксидированием дефектов пленок висмута //ФТТ. 2009. Т. 51, № 4. С. 800-802.

150. В.М.Грабов, Е. В. Демидов, В. А. Комаров. Атомно-силовая микроскопия поверхности кристаллов и пленок висмута // Термоэлектричество. №1. 2009. С. 42-47.

151. Миомандр Ф., Садки С., Одебер П., Меалле-Рено Р. Мир химии. Электрохимия. М: Техносфера. 2008. 360 с.

152. Демидов Е.В., Климантов М.М. Исследование структуры пленок Bi методом атомно-силовой микроскопии // Неравновесные явления в конденсированных средах. Сборник научных трудов. РГПУ им. А.И.Герцена. Изд. библиотеки РАН. 2006. С.69 -76.

153. Chang J., Kim Н., Han J, Jeon M.H., Lee W.Y. Microstructure and magnetoresistance of sputtered bismuth thin films upon annealing // J. Appl. Phys. 2005. V. 98, P. 023906-1-023906-7

154. Novikov V. Grain Growth and Control of Microstructure and Texture in Polycrystalline Materials. CRC. Boca Raton, 1997. P. 53.

155. Thokneycroft W. E. Inorganic chemistry. Antimony and bismuth. Volume VI. Part V. London: Charles Griffin & Co., Ltd, 1936. 249 p.

156. Lane С. T. Magnetic Analysis of Evaporated Bi Deposits // Phys. Rev. 1937. V. 51. P. 863-869.

157. Комаров В. А. Термоэдс пленок висмута в магнитном поле // Термоэлектрики и их применение. Доклады VII Межгосударственного семинара (ноябрь 2000 г.) ФТИ им. А.Ф. Иоффе Санкт-Петербург, 2000, с. 90-95.

158. Комаров В.А. Механизмы рассеяния носителей заряда в пленках висмута // Термоэлектрики и их применение. Доклады VII Межгосударственного семинара (ноябрь 2002 г.) ФТИ им. А.Ф. Иоффе Санкт-Петербург, 2002, с. 237-242.

159. Грабов В.М. Исследование термоэдс и теплопроводности висмута и его сплавов: Дис. канд. физ.- мат. наук. Д.: ЛГПИ, 1967. 190 с.