Рассеяние электронов и фононов в металлических точечных контактах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

, НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКГАИНЫ

и Л

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ П ' '"П НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР им. 1>. И. ВЕРК1ША

На правах рукописи

Пилпнснко Юрий Александрович

РАССЕЯНИЕ ЭЛКСТРОПОС И ©СКОКОВ Е МСТАЛЛИЧЕСТШХ ТОЧЕЧНЫХ КОНТАКТАХ

С1.04.07 - физика тпердого тела

АВТОРЕ Ф Е Р А Т

диссертр.чм иг сопскснке учетой степей:1! кккдндаг-?. физихо-матекагичоагих наук

ХАРЬКОВ - 1595

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Физико-техническом институте низких температур им. Ь. И. Веркина HAH Украины.

Научные руководители: академик HAH Украины,

доктор физико-математических наук, профессор Янсон И. К.

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Балкашин О. П.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Колесниченко Ю. А.

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Ревенко Ю. Ф.

Ведущая организация: Харьковский Государственный Университет

Защита состоится "_"_1996 г. в_часов

на заседании Специализированного Совета Д02.35.02 при Физико-техническом институте низких температур им. Б. И. Веркина HAH Украины по адресу: г.Харьков, пр. Ленина, 47, ФТИНТ НАНУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института низких температур им. Б. И. Веркина НАНУ

Автореферат разослан _"_1996 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, доктор физико-математических наук

А. С. Ковалев

Обшсл: аеректсркеи'кя. рабсил

Аквфстюахь. Среди истодов пряного определения энергетического спектр« хсазичасшц, времени нх релаксации в последнее г рем г нсяпился метол ммкрокоптаглюй спектроскопии (МКС). Он основан на явлении перераспределения энергии электронов в мивроконтнктс (МК) и их релакезшш, сонровождгемой неупрупш рассеянием ип киазлчастицах. Это раеекшие приводит к келинсниостям сольт-анлерноН характеристик:! (ПЛХ) контакта таким, что стерла производим !?АХ представляет спектр взаимодействия электронов с ксазичаетицамн, иапрпмер, с фононамп, т.е. представляет спектр ЗФВ [1J.

Однако, MIC спектрам кроме особенностей ЗФЕ присущи некоторые детали, не обусловленные фоиониой структурой исследуемых металле!). Зто - нулевые аномалии (ИА), фон, а также вариации формы и интенсивности фононных особенностей. Среди позкоешых причин их происхождения рассматригаются различные сопутсгаукнцие процессы рассеяния элехтронев и фоноков в контакте [1-3]. Многообразие релаксационных процессов, которые могут реализоваться е контакте и привести х изменению формы MFC спектра ЗФВ, определяет разнообразие его высокочастотных свойств [4-8].

Т.о., d токовом состоянии в зависимости от соотношения длин свободного пробега электронов л фононов и диаметра контакта, в последнем могут протекать различные процессы рассеяния, отличающиеся характ-q)-ньи.'.и энергиями и частотами релаксации. При этом возможно сосуществование, взаимозависимость и взаимовлияние этих процессов. Комплекх-нсе изучение последних представляет исключительный интерес в плакс развития исследований малоизученных и новых релаксационных явлений и физике микрокоитактов, а тзккс практически необходимо для корректного лосстаносденкя однофоношшх спектров ЗФВ из измеренных характеристик.

/?ко» является экспериментальное комплексное вс-

скелопапие процессов рассеянии электронов и фоноиоЕ в контактах нер-кгиындх металлов, которые обусловливают во веем энергетическом дна-кгтоке згзксшость М1С сксэтра от параметров контакта, частоты я мощности ¡текшего излучения.

Паукакя пвеязпя. Проведенные исследования позволили получать следующие новые результаты, которые выносятся на защиту.

1. Разработана методика комплексного исследовании тех процессов рассе::!!Г!Я электронов и фоноиов с контакте, которые обу-

словливают зависимость МК спектра от параметров контакта, частоты и мощности излучения. Для реализации этой методики разработаны способы, включающие получение и выделение контактов с преимущественным типом рассеяния, а также определение их параметров (упругой длины и и диаметра </); разработан многоханальный широкодиапазонный МК спектрометр.

2. Установлено, что как дефекты структуры, так и примесь приводят к изменению МК спектра ЭФВ соответствующему расчетному изменению фононного спектра при аморфизации - уширению поперечного и исчезновению продольного пиков. Обнаружено 2 типа НА, происхождение которых может быть связано с рассеянием на примесном кислороде и поверхности.

3. Доказано существование двух факторов формирования фона -небаллистичность по электронам и фононам. Продемонстрировано, что от соотношения их вкладов зависят свойства контактов на низкой и высокой частоте. При измерении на частотах, превышающих частоту релаксации фононов, обнаружены предсказанный теорией эффект уменьшения фона и ранее неизвестный эффект демаскирования скрытых фоном спектральных особенностей. Показано, что такие частотные измерения являются аналогом изменения баллистичности по фононам.

4. Показано, что с особенностями частотной дисперсии проводимости контакта связаны различные релаксационные явления: фонон-электронная и фонон-фононная релаксация, неоднородная релаксация фононов и релаксация температуры контакта.

5. Обнаружены эффекты изменения формы и перераспределения амплитуд фононных особенностей в МК спектре ЭФВ, обусловленные релаксацией электронов и фононов.

6. Обнаружено явление параметрического регулирования режима пролета фононов и электронов инжекцией неравновесных фононов в область контакта от внешнего источника.

7. Предложен и осуществлен способ определения частоты релаксации квазичастиц. Уникальность этого способа в том, что ои применим при малой длине свободного пробега квазичастиц, составляющей доли мкм. Определены частоты релаксации фононов в Аи, Си, Ве. Изобретен и внедрен способ высо-

кочастотной МКС, позволяющей разделять вклады процессов, различающихся частотами релаксации, что повышает информативность метода МКС.

Достоверность результатов, полученных в данной работе, обеспечивается их самосогласованностью и воспроизводимостью, а также комплексностью проведенных исследований. Кроме того, результаты согласуются с имеющимися данными существующих теорий из экспериментов других авторов.

Научная и практическая ценность полученных результатов определяется формированием новых направлений метода МКС: исследование квазичастичных поверхностных возбуждений на границе раздела металл -диэлектрик; изучение различных релаксационных процессов, протекающих в контакте; параметрическое регулирование режима пролета фоно-иов и электронов; корректное восстановление однофононных спектров из измеренных характеристик.

Выполнен ряд конкретных разработок, представляющих самостоятельную ценность и возможность независимого использования: способы получения и выделения контактов с преимущественным типом рассеяния, а также определение их параметров; способ определения времени релаксации квазичастиц, способ высокочастотной МКС.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались па II и III Всесоюзных школах-семинарах по актуальным вопросам физики сверхпроводимости и нормальных металлов (Харьков 1984, 1988); Всесоюзной школе "Неравновесные явления в металлических микроконтактах" (Черноголовка, 1986). XXV Всесоюзном совещании по физике низких температур (Ленинград, 1988); III Международной конференции по физике фононов (Гендельберг, ФРГ, 1989); I Международной конференции по микроконтактной спектроскопии (Харьков, 1991).

Публикации. По теме диссертации опубликован о 9 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Диссертация изложена на 196 страницах, содержит 52 рисунка и 14 таблиц. Библиография содержит 142 наименования.

Личный вклад. Все результаты, вошедшие в диссертацию, получены либо лично, либо при непосредственном участии автора. Работы, включенные в диссертацию, выполнены диссертантом в соавторстве и самостоятельно. При этом участие диссертанта проявлялось на всех этапах исследования: в постановке задачи, разработке методики, а также способов

и устройств для ее реализации, в проведения экспериментов, обработке результатов и формулировке выводов.

Содержание диссертации

Во введении дана общая характеристика работы, приводятся краткое содержание и основные результаты.

Глава 1 является обзорной. В ней изложены основные положения метода микроконтактиой спектроскопии и полученные с его использованием результаты исследования- металлов, обоснована актуальность темы и сформулирована задача исследования.

В глазе 2 изложены методика и техника эксперимента, которые в соответствии с целью работы допускают комплексное исследование процессов рассеяния электронов и фононов в контакте.

В начале рассмотрены и сопоставлены различные независимые подходы в экспериментальном исследования кинетических явлений МК-методом. Это - подход, основанный на эмпирических правилах отбора, либо состоящий в создании средствами наиотехнологии микросужений с контролируемыми параметрами, а также подход, используемый в данной работе. Последний допускает комплексное изучение всех процессов, протекающих в контакте, путем объединения различных зависимостей МК спектра от параметра контакта и внешних полей на основе модельного определения параметров контакта.

В рамках этого подхода изложена методика исследования процессов рассеяния электронов и фононов в контактах, обусловливающих зависимость МК спектра от параметров контакта и частоты внешнего излучения. При этом обнаружение, выделение и идентификация различных процессов осуществляется путем независимого контролируемого варьирования условий создания контактов, варьирования их параметров, а также частоты и мощности излучения.

Разработанная методика включает следующие моменты.

1. Объектами исследования являются контакты из металлов, перекрывающих весь диапазон дебасвеких энергий Он: Ли, Си, Ве.

2. Исследуются контакты в широком диапазоне упругих длин и и диаметров Ц. Для этого применяется плапирна» технологий и сдвиговая методика получения контактов в широком интервале шаченнй. При этом один из электродов выполняется предельно малого ргимерк ¡; с мало/: жесткостью связи с корпусом,

что допускает получение стабильных контактов в широком интервале значений й, включая предельно малые.

3. Спектры измеряются в широком диапазоне частот, включающем область частот исследуемых релаксационных процессов. При этом используется модуляционная методика. Ток черед контакт модулируется низкочастотным либо высокочастотным сигналом и из спектра выделяется слагаемое пропорциональное второй производной ВАХ и регистрируется в функции напряжения смещения. Разработанный многоканальный широкодиапазонный МК спектрометр позволяет измерять характеристики контакта, необходимые для определения параметров контакта и изучения частотной дисперсии. МК спектрометр регистрирует ВАХ, первую гармонику модулирующего сигнала У1 (У), МК спектр на звуковой частоте, как вторую гармонику модулирующего сигнала Уг (V), а на высокой частоте в диапазоне характерных частот релаксации, как сигнал детектирования ил (У), а также сигнал на разностной частоте 1/т.

4. Для определения параметров контакта 6 н <1 предложен способ, основанный на использовании соотношений для электросопротивления контакта и интенсивности спектра, связывающих измеряемые характеристики Л, У\, Уг и искомые параметры и и Л.

Глаеа 3 посвящена исследованию рассеяния электронов на примеси, поверхности и дефектах структуры.

Для этого получены, измерены и определены параметры медных контактов в интервалах значений 0,4-100 и 0-500 нм для & и <1 соответственно. Существенно, что контакты создавались с регулированием плотности структурных дефектов по типу игла-плоскость. Плоским электродом являлась пленка, осаждаемая в вакууме, с изменением температуры осаждения (78-800К) и отжига (300-900К). Упругая длина в пленке (п определялась с учетом отношения Лмо/Й4.2 и находилась в интервале 8-300 нм.

Получена диаграмма распределения и по. (п, в которой верхняя граница значений Л представляет функциональная зависимость и - и (й>), нижняя - неизменна и находится на уровне значения постоянной решетки (а=0,36 нм), а уменьшение и в интервале между этими граничными значениями для контактов, полученных на одной пленке, сопровождается появлением и ростом НА. Это демонстрируют спектры кон-

Рнс. 1. Распределение контактов ио интенсивности и форме МК спектра в зависимости от 6 при разных значениях (п , нм: 297 (а); 43,5 (б); 8,4 (в). Параметры контактов Я Ом, &и ¿им соответственно:

а. 1- 5,4; 25,0; 15. 2- 27,2; 9,0; 6,9. 3- 5,2; 2,3; 48,0.

б. 1- 11,4; 3,2; 19. 2- 29,8; 2,4; 10,0. 3- 39,0; 1,4; 11,5.

в. 1- 52,6; 0,6; 12. 2- 40,0; 0,5; 28,0. 3- 36,5; 0,4; 35,0.

Рис. 2. Эволюция МК спектров при изменении й и фиксированном значении Л=1±2 нм (а) и при изменении Л и фиксированном значении 6 =1,45 (б). Параметры контакта Н Ом, Ли Л нм соответственно:

а. 1- 54; 28,0; 4,3. 2- 47,5; 2,6; 6,8. 3- 8,3; 1,8; 8,3.

б. 1- 11; 1,5; 34,0. 1- 22,0; 1,4; 19,0. 3- 110 -

167 - пунктир

тактов, полученные на разных пленках, представляющих сечения диаграммы при разных & (рис 1.): контакты с максимальной ¿(1а, 16, 1в) не имеют НА, а с минимальной - НА сравнима со спектром и превышает его. Т.о., контакты на этой диаграмме упорядочены действием двух факторов.

Первый - это изменение плотности структурных дефектов в пленке. Он приводит к функциональной зависимости, отражающей роль структурного рассеяния (кривые la, 16, 1в). С повышением его интенсивности уширяется Т- н исчезает L- пик, что соответствует расчетному изменению фононного спехтра при аморфизации.

Второй - это рассеяние, дополнительное к структурному, приводящее к уменьшению U с появлением НА. Поэтому контакты в горизонтальном сечении диаграммы, т.е. при U— const, но (п ф const представляют разный тип рассеяния (структурный и дополнительный к нему), но фононные особенности у них совпадают.

Т. о., структурное и дополнительное к нему рассеяние приводят к эффектам аморфизации, а дополнительное - кроме того к НА.

Однако, как следует из экспериментальных данных амплитуда НА является функцией двух переменных U и J; НА представлена двумя типами, различающимися формой и положением максимума. На рис. 2 приведены две серии, демонстрирующие зависимость НА от & (а) и d (б).

Наблюдаемая инверсия НА (рис. 2а) ее рост, форма, положение максимума, а также сопутствующее изменение фононных особенностей совпадают с экспериментальными данными по изменению концентрации примеси в меди. Такое поведение НА согласно теории [9] связано с переходом от упругого к неупругому рассеянию с переворотом спина вследствие магнитного упорядочения с повышением концентрации примеси.

Парамагнитный характер поведения НА, резко неоднородное распределение примеси по глубине (свидетельством чего является микроконтактное зондирование), а также ряд других данных позволяет утверждать, что этой примесью является кислород.

Вторая серия (рис. 26) демонстрирует другой тип НА. С уменьшением d возрастает роль поверхностных слоея а процессах рассеяния, что мо-:хет быть другой причиной происхождения НА. Теория |10} предсказывает появление вклада в МК спектр, обусловленного неупругнм рассеянием на фононах либо других поверхностных состояниях вблизи границы металд-днэлехтрик. Этот вклад увеличивается для контактов типа чистый ханал, чистое отверстие с грязными берегами, что согласуется с экспериментальными данными - нашими и других авторов.

« главе 4 исследована релаксация фононов. С этой целью изучено поведение фона, который представлен на низкой частоте в зависимо-

Рве. 3. Зависимость коэффициента фона от параметров контакта и и </ на низкой частоте дяя медных контактов:

а) зависимость у=у(ф при разных значениях и (1-6) в интервале 0,8-50 нм.; б) 3-мерное представление зависимости у- у ( Л, «О-

Рис. 4. Спектры контактов, для которых превалирующим фактором формирования фона является нарушение условия бал-листичности для фононов (а), либо электронов (б).

сти от с1 дяя различных и (рис. За) и в трехмерном виде (б). Эти данные демонстрируют действие двух факторов формирования фона: небалли-стичность по фоионам и электронам. Первый приводит к монотонному возрастанию фона при переходе от баллистического режима к диффузионному вследствие релаксации электронов с многофоноиной генерацией, что дает вклад в спектр типа фона - нижняя поверхность на рис. 36. Второй фактор приводит к увеличению фона в интервале между нижней и верхней поверхностями (рис. 36) вследствие релаксации фононов на электронах, т.е. их реабсорбции.

От соотношения этих вкладов зависят свойства контактов на низкой и высокой частотах. Это демонстрирует эволюция формы спектра на НЧ (рис. 4) с изменением баллиетичности для фононов (а) и электронов (б). В первом случае возрастающий фон маскирует высокоэнергетические спектральные особенности, хотя острота пиков при этом сохраняется. А во втором - возрастание фона приводит к уширению 7- и исчезновению Ь- пика.

Рис. 5. МК спектр ЭФВ золота (а), меди (6), и бериллия (в), измеренные на звуковой частоте (1) и на частоте 4,8 для Ли и 80 ГГц для Си и Ве (2).

Рис. 6. Частотная зависимость отклика контакта при смещении еУ> 1}сог> для Ли (а), Си (б) и Ве (в). Точки - экспериментальные значения отклика. Линии - теоретические зависимости Ь - \\{/, /р) аппроксимирующие экспериментальные данные при разных значениях /р.

Теория [7] предсказывает уменьшение фона при измерении на частотах, превышающих частоту релаксации фононов. Представленные спектры (рис. 5) измерены на низкой и высокой частоте. Частоты измерения превышают частоты релаксации, определенные по оценочной формуле /, = Л/0 I о,,. Наблюдаемое уменьшение фона сопровождается демаскированием скрытых фоном спектральных особенностей на комбинационных энергиях. С нарушением баллистичности по электронам эффект демаскирования ослабляется или отсутствует полностью.

Аналогичное изменение спектра происходит на низкой частоте (рис. 4) с изменением башшегичности для фомонов (а) к электронов (б). В пер- . вом случае уменьшение фона приводит к демаскированию, а во втором -нет. Т.е. частотные измерения являются аналогом изменения

режима баллистичности по фононам.Уменьшение фона происходит по , где ff - частота релаксации фононов (7].

Измерение частотной зависимости коэффициента подавления фона г) (рис. 6) позволяет определить частоту фонон-электронной релаксации путем аппроксимации экспериментальных значений расчетными зависимостями. Определенные таким способом частоты релаксации для Ли, Си, Бе составили соответственно 0,8; 5 и 30 ГГц, что близко к теоретическим оценкам. Уникальность МК способа определения времени релаксации неравновесных возбуждений в проводниках состоит в том, что он применим при малой длине свободного пробега квазичастиц, составляющем доли мкм.

С увеличением с! происходит смещение зависимости л='1(/) в низкочастотную область, что может быть вызвано неоднородной релаксацией, т.е. уходом неравновесных фононов из области контакта. При переходе к тепловому режиму частотная дисперсия претерпевает изменения, обусловленные релаксацией температуры [4, 8).

На рис. 5а показано постепенное спадание и насыщение амплитуды видеоотклика при определенном для каждого металла напряжении смещения. Такое поведение может быть связано с сущесгсосалием промежуточной стадии термалшации неравновесных фононов посредством фонон-фононных столкновений.

В главе 5 рассмотрены эффекты изменения формы спектра, обусловленные процессами рассеяния электронов и фононов, приводящими к комбинированному фону (рис. 36). Частотные измерения позволяют- разделить эти вклады и, исключая фоионным, выделить электронный. Для этого на разностной частоте (с исключением болометрического эффекта) для контактов с различным режимом измерена энергетическая зависимость коэффициента подавления фони. ■ц=г](с'/). Этим обнаруживается дополнительный вклад в МК спектр.

Присутствие этого вклада приводит к характерным изменениям формы фонониых особенностей (рис. 7) : подъем заднего крив 7- к переднего края Ь- пика, либо переднего храя группы оптических фононов в спектре Бе. Спектральные особенности, расположенные ближе к основному максимуму, испытывают большую деформацию: у Ли Ь- и {Т+Ьу пики деформированы сильнее, чем у Си, а у Ве комбинационный максимум не деформирован совсем. При этом наблюдаемая деформации демонстрирует присутствие вклада 5, энергетическая мак-

закону Т)-

¥

Рес. 7. М1С спектр Ли (1), Ргзе. 0. Спектры медных контаггоа (а, б) Си (2) и Ве (3) в баллнстн- на низкой (I) и высокой частоте (2), ил-ческом (а) н промеясу- люстркрующие перераспределение ннтен-точпом (б) резинах. На сивпости фоионных особенностей п функ-зставке прггаедеты для ции параметра 5. На зсгааке - отношения различных контактов Ь/Г в функции параметра й на низкой (1) з клада 5 в МК спястр ие- н высокой частоте (2); точки а (1, 2), б (1, ди, обусловливающие нз- 2) на графике соответствуют значениям Ь мепшие формы фоионных /Т н 5 для приведенных спектров соответ-особекностей. ствеино.

симость которого еозпадает с энергетической зависимостью коэффициента подавления фона. Следовательно, релаксация электронов приводит к изменению формы фоиотшх особенностей.

Для каждого контакта этот вклад 5 может быть выделен. Определена амплитуда и форма его энергетической зависимости 5 = 6(7 V) дня контаггоа с разным режимом (вставка к рис. 7). Вклад 5 является хорошей функцией изменения режима и может быть мерой энергетической релаксации электронов, п функции которой представлена относительная величина продольного пика (вставка к рис. 8). Из не« видно, что при высокой интенсивности релаксации лродолышй пик мал и быстро стремится к нулю, что иллюстрирует серии спектров на рис. 46. При низхом интенсивности - пик не изменяется и имеет вид, пред-

ставленный на рис. 8а. Однако для промежуточных значений б Ь- пик уве личивазтся (рис. 86), и это увеличение усиливается на низкой частоте, т.е в условиях реабсорбции фононов. Следовательно, релаксация элсктроно: и фононов приводят к изменению формы и перераспределению интенсив носта спектральных особенностей.

Приведенные результаты частотных измерений представляют при меры практической реализации способа ВЧ МКС, который позволяв разделять вклады процессов с разными частотами релаксации, что новы тает информативность МК метода

С главе 6 продемонстрировано параметрическое регулирование р< жима спектроскопии. Амгаштудно-модулнрованное и фокусированно излучение лазера подается на один из электродов и измеряется опели контакта 61/ на частоте модуляции и его спектр Уз(еУ). Уровень воздешя вин регулируется либо изменением мощности (0-30 мВт) либо смещение: луча (0-2000 мкм) относительно контакта по игле иди наковальне, раод чающихся диаметрами (100 и 1000 мкм).

Измерен отклик при смещении луча по игле и наковальне при ш пряжении смещения, соответствующему максимуму нелинейности ВАХ, также энергетическая зависимость отклика 6)7 = 51/ (еУ), которая совп: дает со спектром Ут(еУ) для контактов с различными режимами.

Эти данные позволяют представить происходящие в этом случ« процессы. Излучение возбуждает электроны, которые реяаксируя, rene.pi руют фононы, распадающиеся на длинноволновые. Последние достигал: контакта, изменяют его температуру и сопротивление. При этом модул! рованное излучение прпводпгг к модулированному потоку тепла и к мод; ляцни сопротивления, что является альтернативой токовой модуляци для выявления келинейностей, обусловленных электрон-фононным взш модействиеи.

Однако, такое совпадение происходит лишь в некотором JШтepвaJ уровней воздействия, за пределами которого происходит характерное к менение формы отклика81/(еУ) (рис. 9),

С повышением уровня воздействия растет амплитуда отклика и и меняется его форма (рис. 96) по изложенному выше сценарию: рост фон маскирование спектральных особенностей (рис. 4а), подъем заднего кр; Г-ника (рис. 7). Т.е. происходит параметрическое регулирование режю продета фононов и электронов инжекцией неравновесных фононов в о ласта контакта от внешнего источника.

Рас. 9. Зависимость отклика 6U(eV) для контактов с различным режимом протекания тока (а-е) и при разных уровнях яоздейст-зня Р фокусированным лазерным излучением (1-5). Здесь представлены кон-тахты в баллистичесхом (а, 5), промежуточном (в), диффузионном (г, д) и тепловом (е) режимах. 1-5 - зависимости при возрастающих уровнях воздействия:

1 - Г - 0; Рг < Pi < Р* < Ps.

49 еУ.чюП

Изменение режима происходит переходом от баллистического х промежуточному (рис. 96), от промежуточного х диффузионному (в) и от диффузионного к тепловому (д). Для тепловых контактов нарушение уровня пропорциональности приводит х разрушению спектроскопического режима н формированием гладкой зависимости Ы/ (е У) (рис. 9с, кривая 5). Эта стадия является финальной дня хонтахто» с любым режимом, з том числе баллистическим (рис. 9а, кривая 5).

При низком уровне воздействия постепенно смещается в область отрицательных значений сначала высохоэнергетачес-кая часть (в, хривые 2-4), затем область спектральных значений (г, хризая 2) и, наконец, вся зависимость приобретает отрицательное значение, испытывая инверсию (а, д, кривые 2). Т.о., в этом случае обнаруживается эффект "просветления" контакта, т.е. уменьшение его сопротивления.

Выподы

В работе решена задача исследования сложной согохуиностл процессов рассеяиия электронов я фоиоиов в хонтзкте. Особенности протекания этих процессов зависят ог следующих факторов: соотношение диаметра контакта и длин свободного пробега для электронов и фоиоиов, характерная эпершя, а тля .та частота и мощность излучения.

3J

Сложность этой совокупности определяется не только сосуществованием различных типов рассеяния, но также ь ряде случаев их взаимозависимостью и взаимовлиянием.

Ниже в виде тезисов приводятся основные результаты данного исследования.

1. Разработана методика исследования совокупности процессов рассеяния электронов и фононов, зависящей от перечисленных выше факторов. Разработаны способы для реализации этой методики, включающие получение и выделение контактов с преимущественным типом рассеяния, а также определение их параметров; разработан широкодиапазонный многоканальный МК спектрометр.

2. Показано, что факторами рассеяния электронов в контакте являются дефекты структуры, примесь и поверхность. Установлено, что как дефекты структуры, так и примесь приводят к изменению МК спектра ЭФВ соответствующему расчетному изменению фо-нонного спектра при аморфизации - к ушпрению поперечного н к исчезновению продольного пиков. Обнаружено два типа НА, происхождение которых может быть связано с рассеянием на примесном кислороде и поверхности.

3. Доказано существование двух факторов формирования фона -небаллистичность по электронам и фонолам. Продемонстрировано, что от соотношения их вкладов зависят свойства контактов на низкой и высокой частоте. При измерении на частотах, превышающих частоту релаксации фононов, обнаружены предсказанный теорией эффект уменьшения фона и ранее неизвестный эффект демаскирования скрытых фоном спектральных особенностей. Показано, что такие частотные измерения являются аналогом изменения баллнстичности по фоноиам.

4. Показано, что с особенностями частотной дисперсии проводимости контакта связаны различные релаксационные явления: фонон-электронная и фонон-фоноиная релаксация, неоднородная релаксация фононов и релаксация температуры контакта. Определены частоты релаксации фононов в Ли, Си, Ве, которые составили 0,8; 5 и 30 ГГц соответственно.

5. Обнаружены эффекты изменения формы и перераспределения амплитуд фононных особенностей в МК спектре ЭФВ, обусловленные релаксацией электронов и фононов.

6. Обнаружено явление параметрического регулирования режима пролета фононов и электронов инжскцней неравновесных фоно-нов в область контакта от внешнего источника. В данном случае это - фокусированное излучение лазера, воздействующее на один из контактирующих электродов вблизи контактной области.

7. В процессе данного исследования изобретены и внедрены способы определения частоты релаксации квазичастичных возбуждений в проводниках, а также способ высокочастотной микрохон-тактной спектроскопии.

Полученные результаты открывают возможности исследований в новых направлениях физики микроконтактов: исследование квйЗнчастич-ных возбуждений на границе раздела металл - диэлектрик; изучение различных релаксационных процессов, протекающих в контакте; параметрическое регулирование режима пролета фононов и электронов; корректное восстановление однофононных спектров из измеренных характеристик; разработка методологии факторного эксперимента в физике микроконтактов. Последнее важно именно потому, что области существования многих процессов перекрываются. Рассмотренные в диссертации случаи такого перекрытия не исчерпывают всего их многообразия. Например, с уменьшением контакта одновременно усиливаются как роль поверхностных слоев в процессах рассеяния, так н проявление мезоскопических эффектов, которые в данной работе не освещены.

Цитируемая литература

1. И. К. Янсон, А. В. Хоткевич, Атлас микроконтактных спектров электрон* фононного взаимодействия в металлах, Наук, думка, Киев (1986).

2. И. К. Янсон, О. И. Шкляревский, ФНТ12,899 (1986).

3. И. О. Кулик, М. В. Москалец, ФНТ 15,405, <1989).

4.0. П. Балкашин, И. К. Янсон, В. С. Соловьев, А. Ю. Красногоров, ЖТФ 52, 811 (1982).

5. R. W. van den Heijden et al. Appl. Phys. Lett. 37, 245, (1980).

6. И. О. Кулик, А. Н. Омельянчук, И. Г. Тулузов, Т. 3. Саркисянц, ФНТ 10,882(1984).

7. И. О. Кулик, Писька с ЖЗТФ 41, 302, (¡985)..

Е. Москалсц 1Л. Е„ ©НТ l£s 27i, (iSES).

9. Л. Н. Оиелмнчук, К. Г. Тулузой, ФИТ П, 380 (1585).

1С. 10. А. Коясснкчекгс, Р. К. Шоп ер, Поверхность С. <5.(1950).

Оекссаое са&грххххе ¿¡хефжзфя imoxzaie € peSatmx:

1. И. К. Лисои, О. II. Бсшкашки, Ю. А. Шшшснкс. Релаксыщг. uqiGcue-Еесиых (J oe.'ohoi: г. исталлкческм бшкрохотгктах. Письме к 2КЗТФ <£, 3C2-302 (I9E5).

2. О. II. Еалкгшкп, И. К. Писан, Ю. A. Шилпгети. 1Сш:стнкь рилаксаща: нсраскоссашх фошиоЕ к мии-роьонгапах из исд:: и зояста. ФИ Г 12, 385-400(1587).

3. О. П. Сглкашпк, Ю. А. Пилкнешш. Микрскоктактаад спектроскопия тонких плшск иедц. ФТТЗЗ, 2584-2552 (1991).

4. О. П. Балкашш;, И. 1С. Лисой, 10. А. Шшшснко. Релаксация ксраьио-сесних фононоь в мнкрокот актах из бериллий. ФНТ 17, 221-227 (1991).

5. Yu. A. Pilipenko. Scattering by the surface, impurities and structural defects in copper point contacts. ФИТ 1С, 483-455, (1992).

С. И. К. Яисви, О. И. БелЕгшии, Ю. А. Пилипенко. Способ определения спектра кшжчастиц с цросодш'.кг?;. Авторское СЕидетсльстсо К;! 452411 (СССР) 1SG8.

7. II. О. Кулик, 1Е. К. iiucca, О. II, Бзлкашш, Ю. А. Пкдинспкс, И. И. Кулик. Способ сирсдсшшх времени релаксации ксрггиоиссаих еоз6>чудс«£;й, A i.iap с:; с г ег. t: д-лсл ь ст:: с Хп5£! I3E (СССР) 15S0.

8. О. II. Еглкапиш, 10. Л. Пеодшскко. Киисгкиа редкисащас псрг.штпес-кш фошшок в 1,:сталлкчсезшх гдшроквигакта?.. XXV Есссогазиое сссс-1цаикс пс ф;:з«ке низких тешггршур. Тезкеи догепадог.. Дешни-рад. Ч. 3, 168-165 (iSSt).

9. И. 1С. Якай:, О. П. ЕАсггошки, Ю. А. Шгвкпекг.0. Кинетика ршккеацки iiqiSEnccc«'.!»;* фокопосп истйлгскческш тсчечиыг ¡;о;л актах. Ш Глс.г-дукародна.1 коиферекцкк по физике фсЕшиоЕ. Гейдин.берг, ФРГ, 31 (1989).

1С

Pilipenko Yu. A. Scattering of electrons and phonons in metallic point contacts.

The thesis for obtaining the Candidate degree of sciences (in Physics and Mathematics), speciality 01.04.07 - physics of solid state, В. I. Verkin Institute for Low Temperature Physics @ Engineering, National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, Ukraine, 1995. Defended are 7 scientific works and 2 author's certificates containing the results of experimental complex investigations of scattering of electrons and phonons which results to a dependence of the electron-phonon interaction spectrum on the parameters of the contact, and frequency and radiating power. It is found that in the contact structural defects, impurities and surface are the scatters of electrons. A variation in the shape and redistribution of the amplitudes of phonon's peculiarities due to electron and phonon relaxation have been detected. The possibility of parametric control of phonon and electron transit by inspection of non-equilibrium phonons from the external source into a region of the contact is established. The proposed methods of determining the quasiparticle relaxation time as well as a high-frequency microcontact spectroscopy are implemented in practice and this efficiency is estimated.

Пилипенко Ю. О. Розс)ювання електрошв та фоношв в металевих точкових контактах.

Дисертащя на здобутгя вченого ступеню кандидата ф(зико-математичних наук за спещальносп 01.04.07 - ф1зика твердого Tina, HAH Украши, ФЬико-техшчний шетитут iM. Б. I. Веркша, Харкш, 1995.

Захшцаються 7 наухових po6iT та 2 авторських свщоцтва, що MicTHTb здобуток експериментального комплексного дослщження npoqecie розетвання електрошв та фоношв, зумовлюючих залежшсть МК спектру електрон-фононноТ взаемоди вщ napaMeipia контакту, частоти та потужност1 випромшювання. Встановлено, що факторами розсдавання електрошв в контакт) с дефекта структурн, домшгки та поверхня. Виявлеш ефекти змжи форми та перерасподолу амплггуд фононних особливостей, обумовлених релаксащсю електрошв та фоношв. Виявлено явище iiapaMcrpiMiioro регулювания режиму прольоту фоношв та електрош'в шжекщсю нерипозаяпшх фоношв до зони контакту В1Д зовшшнього джерела. Впроваджено запропоноваш засобн визначення часу релаксацн кваз1частинок та високочастотно! м1кроконтактно1 спектроскопн, приведено даш про 1х ефсктнвшсть.

Ключов! слова:

електрони, фонони, тонко si контакта, метали.