Електронні транспортні ефекти у багатошарових плівкових системах

Фізичні закономірності впливу шаруватості та нанорозмірності на електронний транспорт у багатошарових плівкових системах. Структура індивідуальних металевих шарів, шорсткість зовнішніх інтерфейсів. Резистометричний метод вимірювання коефіцієнтів дифузії.

Рубрика Физика и энергетика
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 28.08.2015
Размер файла 99,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

У випадку коли звукова хвиля поширюється уздовж межі одно - та багатошарової плівки, а носії заряду дзеркально взаємодіють з інтерфейсами та зовнішніми межами, то деформаційний коефіцієнт поглинання звукової енергії збігається зі своїм об'ємним значенням .

Якщо ж , то коефіцієнт поглинання у зазначених зразках

(23)

завжди більший за у масивному зразку, оскільки, з одного боку, “дзеркальні” межі та інтерфейси зразків не змінюють відносного числа носіїв заряду, які ефективно взаємодіють зі звуковою хвилею (внесок у поглинання енергії звукової хвилі роблять усі електрони поблизу поверхні Фермі (ПФ)), з іншого боку, вони не руйнують синхронності руху електронів, і вони на всій довжині вільного пробігу поглинають енергію звукової хвилі.

Зі збільшенням шорсткості меж плівки при довільній орієнтації хвильового вектора стосовно її межі в області слабкої просторової дисперсії (- хвильове число) величина в рамках моделей ФЗ та Фальковського

(24)

зменшується, оскільки обмеження за товщиною змінює відносне число електронів на ПФ, які ефективно взаємодіють зі звуковою хвилею і визначають величину . У моделі ФЗ ефект обумовлений двома групами ефективних електронів: це носії заряду, які рухаються паралельно межам і не стикаються з ними (їх відносне число порядку ) і ковзними електронами, що рухаються під малими кутами до меж і взаємодіють з ними (їх відносне число ). На відміну від моделі ФЗ модель Фальковського враховує внесок у коефіцієнт поглинання лише електронів, які рухаються під малими кутами до поверхні зразка і взаємодіють з нею. Відносне число таких електронів порядку . Таким чином, на відміну від логарифмічної розмірної залежності в моделі ФЗ модель Фальковського передбачає кореневу залежність величини від товщини.

В області сильної просторової дисперсії внаслідок просторової локалізації електронів уздовж фронту звукової хвилі, коефіцієнт згасання звуку у плівці збільшується порівнянно з величиною , яка вимірюється в області слабкої просторової дисперсії та дорівнює

Як випливає з формули (25), у моделі ФЗ збільшення обумовлено збільшенням у разів числа ефективних електронів, які рухаються паралельно межам плівки і не стикаються з ними (їх відносне число дорівнює ), а відносне число ковзних електронів залишається незмінним на відміну від моделі Фальковського у якій саме в разів збільшується відносне число ковзних носіїв заряду.

При подальшому збільшенні хвильового вектора так, що , внаслідок обмеження зразка за товщиною, коефіцієнт поглинання звуку стає осцилюючою функцією довжини хвилі (або товщини плівки)

яка досягає свого максимального значення у випадку, коли зовнішні межі шару металу дзеркальним чином розсіюють електрони , і на товщині зразка укладається непарне число півхвиль , тобто виконується рівність

(27)

Якщо ж на товщині шару укладається парне число півхвиль, тобто , то , оскільки у цьому випадку на товщині плівки укладається рівна кількість областей стиснення і розтягнення кристалічної гратки металу, електрон при своєму русі на довжині вільного пробігу то прискорюється, то гальмується і не змінює своєї енергії.

Дифузна взаємодія носіїв заряду з інтерфейсами ДП та БП суттєво змінює розмірну залежність коефіцієнта згасання у зазначених зразках при довільній орієнтації хвильового вектора відносно МПШ. Зі збільшенням товщини шару коефіцієнт згасання зменшується (рис. 10), що обумовлено збільшенням відносної кількості носіїв заряду, що дифузним чином розсіюються на інтерфейсах зразків, і при величина зазначених зразків асимптотично прямує до свого об'ємного значення. Якщо звукова хвиля поширюється уздовж нормалі до інтерфейсів, то в області сильної просторової дисперсії коефіцієнт поглинання осцилює зі зміною , причому виникають гармоніки, які зв'язані не лише з рухом носіїв заряду в кожному шарі , а й рухом електронів, які перетинають всю товщину двошарової плівки й елемента періодичності мультишару.

У даному розділі також проаналізовано вплив дифундуючих домішок на коефіцієнт поглинання звукової енергії, а також теоретично обґрунтовано акустичний аналог ефекту гігантського магнітоопору. Показано, що усі особливості ГМРЕ, які спостерігаються у магнітних багатошарових плівках і докладно розглянуті у розділі 2, притаманні і для акустичного аналога ефекту ГМО, який обумовлений асиметрією СЗР носіїв заряду в об'ємі шарів металу і на їх інтерфейсах. Кількісно ефект ГМО можна охарактеризувати величиною , де і - коефіцієнти поглинання в магнітному зразку з - та - конфігураціями відповідно, його амплітуду можна розрахувати за формулами (3), (5) і (6), в яких у лівій частині необхідно зробити заміну . Таким чином, досліджуючи коефіцієнт згасання звукової енергії в одно-та багатошарових плівкових системах при різній поляризації звукового вектора, можна визначити не лише ступінь дзеркальності меж зразків, а й параметри перенесення.

У висновках подано перелік та стислу характеристику основних результатів дисертаційної роботи.

ВИСНОВКИ

Проведені у дисертаційній роботі дослідження дали можливість здійснити подальший розвиток наукового напрямку “Кінетичні явища у багатошарових магнітних та немагнітних плівкових системах”. У результаті були сформульовані такі узагальнюючі висновки:

1. Уперше з використанням квазікласичного наближення для феромагнітного металу Мотта побудована загальна (при довільних значеннях параметрів задачі, які входять до кінцевого результату розрахунків) теорія гігантського магніторезистивного ефекту для магнітних багатошарових плівок і сандвічів та встановлені такі закономірності:

· вплив шорсткостей меж провідників на амплітуду ефекту визначається конфігурацією центрів, що асиметрично розсіюють електрони з різною поляризацією спіну;

· у випадку, коли ефект гігантського магнітоопору (ГМО) обумовлений асиметрією інтерфейсного спін - залежного розсіяння (СЗР) носіїв заряду, а зазначені вище центри розміщені в інтерфейсах зразків, збільшення ймовірності дзеркального розсіяння електронів на межах поділу шарів металу призводить до зменшення ефекту внаслідок зменшення ймовірності проходження електронів у сусідні шари металу і відповідно до зменшення магнітної взаємодії між магнітними шарами;

· при будь - якій іншій конфігурації центрів, що розсіюють електрони, їх дзеркальне відбиття призводить до збільшення рівня ефекту внаслідок збереження електроном своєї “пам'яті” про свій спін, і він залишається ефективним;

· зміна знака ГМО можлива лише для несиметричних зразків з асиметричним СЗР носіїв заряду в об'ємі шарів металу та на їх інтерфейсах з проходженням у сусідні шари металу;

· урахування залежності параметрів дзеркальності від кута падіння електрона на межі зразка не приводить до висновку про оптимальні шорсткості, при яких ефект максимальний, оскільки його величина монотонно зменшується зі зростанням шорсткості інтерфейсів та виходить на насичення;

2. Уперше побудовано теорію гігантського магнітоопору у багатошарових плівках з полікристалічною структурою та показано, що:

· у випадку, коли ефект ГМО обумовлений асиметрією СЗР електронів на інтерфейсах зразка, розсіяння носіїв заряду на межах зерен призводить до зменшення амплітуди ефекту внаслідок втрати “пам'яті” електрона про свій спін (носій заряду стає неефективним);

· якщо ж домінуючим механізмом СЗР електронів є їх розсіяння в об'ємі магнітних шарів, то у випадку, коли шари мають крупнозернисту структуру, розсіяння носіїв заряду на МЗ призводить до зменшення рівня ефекту, в той самий час як для зразків з дрібнозернистою структурою ГМО буде обумовлений асиметричним розсіянням електронів на міжкристалітних межах, і амплітуда ефекту буде збільшуватися.

3. Уперше з використанням модифікованої моделі Маядаса - Шацкеса побудована загальна теорія кінетичних ефектів, яка дозволила лінеаризувати точні співвідношення, які пройшли експериментальну перевірку, та встановити такі загальні закономірності:

· у разі виконання нерівностей , де - транспортний коефіцієнт (провідність, температурний коефіцієнт опору, коефіцієнт тензочутливості тощо) у му шарі металу, - відношення провідностей у сусідніх шарах металу, величина коефіцієнтів монотонно збільшується (зменшуються) зі зростанням товщини шарів;

· у випадку, коли та , на розмірній залежності коефіцієнтів виникає мінімум (максимум), який обумовлений конкуренцією об'ємного, інтерфейсного та зерномежового розсіяння носіїв заряду;

· якщо основним механізмом релаксації носіїв заряду є їх розсіяння на межах зерен, температурний коефіцієнт опору може набувати від'ємного значення;

· обробка даних експериментальних досліджень провідності, температурного коефіцієнта опору тощо зразків за допомогою отриманих лінеаризованих співвідношень показала, що розрахункові та експериментальні значення задовільно узгоджуються з точністю до 20%.

4. Уперше запропоновано теорію осциляційного гальваномагнітного ефекту в багатошарових плівках та здійснено подальший розвиток уявлень про зазначений ефект у двошарових плівках. Було встановлено:

· що в області слабкого магнітного поля, коли його вплив на балістичний рух носіїв заряду незначний, і при досконалих зовнішніх межах та інтерфейсах опір монотонно змінюється зі зміною товщини плівок. Наявність шорсткостей меж та інтерфейсів викликає конкуренцію об'ємного та інтерфейсного розсіяння носіїв заряду, що приводить до немонотонної розмірної залежності опору зазначених зразків;

· в області сильного поля, коли електрони рухаються по гвинтових траєкторіях, внаслідок втрати кореляції між падаючим та відбитим (або носієм заряду, що пройшов у сусідній шар металу) опір осцилює зі зміною поля, а амплітуда осциляцій визначається величиною шорсткостей меж, інтерфейсів і дефектністю структури шарів.

5. Уперше розглянуто вплив взаємної дифузії металів на провідність багатошарових моно - та полікристалічних плівок та здійснено подальше його вивчення на кінетичні характеристики в одно - та двошарових плівках. З отриманих простих модельних виразів випливає, що:

· при невеликому часі відпалювання, за зміною, зокрема провідності у результаті відпалу, можна розрахувати коефіцієнти об'ємної та зерномежової дифузії;

· при збільшенні часу відпалювання глибина проникнення атомів домішок в об'єм плівки визначається її товщиною, і визначення зазначених коефіцієнтів зводиться до знаходження мінімального часу відпалу такого, що при подальшому відпалюванні транспортні характеристики провідника не змінюються;

· при подальшому відпалюванні розподіл атомів домішок стає практично однорідним за товщиною, що дозволяє знайти зв'язок між коефіцієнтом об'ємної дифузії та ефективною довжиною вільного пробігу, а також зв'язок між коефіцієнтом зерномежової дифузії та ефективним зерномежовим параметром, що дозволяє також визначити зазначені коефіцієнти дифузії.

6. Уперше проаналізований осциляційний акустоелектронний ефект в одно - та багатошарових плівках та показано, що величина деформаційного коефіцієнта поглинання визначається ступенем шорсткостей меж та інтерфейсів, а саме:

· при дзеркальному відбитті електронів межами зразків не змінюється ефективне число електронів, які взаємодіють зі звуковою хвилею, і вони не руйнують синхронності руху електронів, які поглинають енергію на усій довжині вільного пробігу, внаслідок чого коефіцієнт поглинання зростає ;

· зі збільшенням ступеня шорсткості меж зменшується відносне число ефективних електронів, що призводить до зменшення коефіцієнта згасання, а у дво - та багатошарових плівках внаслідок дифузного розсіяння електронів на інтерфейсах коефіцієнт поглинання енергії немонотонно залежить від товщини шарів;

· у випадку, коли звукова хвиля поширюється по нормалі до інтерфейсів зразків, в області сильної просторової дисперсії коефіцієнт поглинання осцилює зі зміною довжини хвилі, внаслідок того, що його величина залежить від кількості областей стиснення та розтягнення кристалічної гратки, що укладаються на товщині шару металу;

· аналіз акустичного аналога ефекту гігантського магнітоопору показав, що зазначений ефект обумовлений асиметрією спін - залежного розсіяння електронів у об'ємі шарів металу та на їх інтерфейсах і має ті самі розмірні залежності, що і ефект гігантського магнітоопору.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Дехтярук Л.В., Проценко І.Ю., Чорноус А.М. Гігантський магнеторезистивний ефект у магнетних полікристалічних мультишарах // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології.- 2008. -Т.6, №1. - С.1-8.

2. Shkurdoda Yu.A., Dekhtyaruk L.V., Loboda V.B. The effect of giant magnetoresistance in structure // Functional materials. -2008. - V.15, №1. - Р.38-45.

3. Дехтярук Л.В. Ефект гігантського магнетоопору в магнетних сандвічах //Металлофиз. новейшие технол. - 2008. - Т.30, №2. - С.219-234.

4. Дехтярук Л.В., Проценко І.Ю. Осциляційний гальваномагнетний ефект у тонких шарах металу за наявности дифундуючого шару домішок // Журнал фізичних досліджень. - 2007. -Т.11, №4. - С.415-420.

5. Дехтярук Л.В., Проценко І.Ю., Чорноус А.М. Транспортні розмірні ефекти у двошарових полікристалічних плівках // Успехи физ. мет. - 2007. - Т.8, №1. - С.21-64.

6. Influence of diffusion impurities on the electrical conductivity of single - crystal and polycrystalline metal films / A. M. Chornous, L. V. Dekhtyaruk, T.P. Govorun, A.O. Stepanenko // Металлофиз. новейшие технол. - 2007. - Т.29, №2. - Р.249-266.

7. Дехтярук Л.В. Осцилляционный гальваномагнитный эффект в двухслойных металлических пленках // Изв. ВУЗ. Физика.- 2007.- Т.50, №7. - С.26 - 33.

8. Dekhtyaruk L.V. The oscillatory galvanomagnetic size-effect in multilayered structures // Central Europ. J. Phys. - 2007. -V.5, №1. - P.91-102.

9. Дехтярук Л.В. Акустоелектронний розмірний ефект у металевих мультишарах // Металлофиз. новейшие технол. -2007.-Т.29, №1.-С.7-19.

10. Dekhtyaruk L.V. Influence of interdiffusion on the electrical conductivity of multilayered metal films // Central Europ. J. Phys.-2006.-V.4, № 1. - P.73-86.

11. Conductivity and temperature coefficient of resistance of multilayered polycrystalline films / A. Chornous, L. Dekhtyaruk, M. Marszalek, I. Protcenko // Cryst. Res. Technol. - 2006. - V.41, №4. - P.388-399.

12. Dekhtyaruk L.V., Pazukha I.M., Protcenko I.Yu. Procedure for estimating the contribution of interface scattering of electrons to the specific resistance and the temperature coefficient of resistance of films // Ukr. J. Phys. - 2006. - V.51, №7. - P.728-732.

13. Проводимость двухслойных моно-и поликристаллических слоев металла в условиях взаимной диффузии / Л.В. Дехтярук, И.М. Пазуха, С.И. Проценко, И.В. Чешко // ФТТ. - 2006. - Т.48, Вып.10. - С.1729-1739.

14. Дехтярук Л.В. Вплив дифундуючого шару домішок на осциляційну залежність коефіцієнта поглинання звукової енергії у тонких шарах металу //Фізика і хімія твердого тіла. - 2006. - Т.7, №3. - С.450-456.

15. Дехтярук Л.В., Проценко И.Е. Эффект тензочувствительности в металлических мультислоях // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. - 2006. - Т.4, №3. - С.695-705.

16. Дехтярук Л.В., Проценко І.Ю. Термоелектричні ефекти у багатошарових полікристалічних структурах // Фізика і хімія твердого тіла. - 2005. - Т.6, №4. - С.576-582.

17. Conductivity and the temperature coefficient of resistance of two - layer polycrystalline films / L. V. Dekhtyaruk, S. I. Protcenko, A. M. Chornous, I. O. Shpetnyi // Ukr. J. Phys. - 2004. - V.49, № 6. - P.587-597.

18. Ефект тензочутливості у тонких металевих полікристалічних плівках /Л.В. Дехтярук, Є. О. Забіла, С.І. Проценко, А.М. Чорноус // Металлофиз. новейшие технол. - 2004. - Т.26, № 10. - С.1333-1345.

19. Dekhtyaruk L.V., Kolesnichenko Yu.A., Peschansky V.G. Kinetic phenomena in metallic multilayers / by I.M. Khalatnikov, Cambridge Scientific Publishers // Physics Reviews. - 2004. - V.20, № 4. - P.3-113.

20. Дехтярук Л.В. Розмірний акустоелектронний осциляційний ефект у металевих двошарових плівках // Фізика і хімія твердого тіла. - 2003. - Т.4, № 1. - С.105-111.

21. Дехтярук Л.В. Осцилляционный акустоэлектронный эффект в мультислоях // Металлофиз. новейшие технол. - 2003. - Т.25, № 10. - С.1265 - 1278.

22. Дехтярук Л.В. Осцилляционная зависимость коэффициента затухания звука в тонких слоях металла // Изв. ВУЗ. Физика. - 2003. - Т.46, №9. - С.19 - 25.

23. Дехтярук Л.В. Размерный осцилляционный акустоэлектронный эффект в металлах // Металлофиз. новейшие технол. - 2002.-Т.24, № 3.-С.297-312.

24. Білоус О.А., Дехтярук Л.В., Чорноус А.М. Розмірно - кінетичні ефекти у полікристалічних металічних плівках та // Металлофиз. новейшие технол. - 2001. - Т.23, №1. - С.43-50.

25. Дехтярук Л.В. Гигантское поглощение звуковой энергии в магнитоупорядоченных сверхрешетках // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. - 2007. - №1. - С.187-195.

26. Дехтярук Л.В. Гигантский магниторезистивный эффект в магнитоупорядоченных трехслойных пленках // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. - 2007. - №2. - С.115-121.

27. Дехтярук Л.В. Эффект Зондгаймера в двухслойных поликристаллических пленках // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка.- 2006. - №9 (93) - С.71 - 81.

28. Дехтярук Л.В., Проценко І.Ю. Коефіцієнти поздовжньої та поперечної тензочутливості двошарових металевих плівок // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. - 2006. - №6(90). - С.85-93.

29. Дехтярук Л.В. Размерный акустоэлектронный эффект в двухслойных пленках // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. - 2002. - №13 (46). - С.5-14.

30. Розмірні ефекти в термічному коефіцієнті опору та коефіцієнті розсіювання електронів на межі зерен у тонких металевих плівках / О.А. Білоус, Л.В. Дехтярук, С.І. Проценко, А.М. Чорноус // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. - 2001. - №3 (24) - 4 (25). - С.67-73.

31. Дехтярук Л.В., Колесніченко Ю.О. Провідність металевих мультишарів з полікристалічною структурою // Науковий вісник Чернівецького університету. Фізика. - 1998. - Вип.40. - С.100 - 104.

32. Температурный коэффициент сопротивления мультислоев с поликристаллической структурой / Л.В. Дехтярук, М. Маршалек, И. Е. Проценко, А.Н. Чорноус // Физ. инж. поверхн. - 2004. - Т.2, № 1-2. - С.60-68.

33. Dekhtyaruk L. V. The acoustical analog of the giant magnetoresistance effects in magnetic multilayered structures // Materials International сonference on nanoscience and technology. - Basel, Switzerand, 2006. - P.880.

34. Dekhtyaruk L. V., Protcenko I.Yu. Negative and positive effects of the giant magnetoresistance in magnetic sandwiches // Materials the 3rd International conference on materials science and condensed matter physics “MSCMP- 2006”. - Chisinau, Moldova, 2006. - P.78.

35. Ефект гігантського магнітоопору у магнітних сандвічах з полікристалічним спейсером / Л.В. Дехтярук, М. Маршалек, С.І. Проценко, І.В. Чешко, А.М. Чорноус // Матеріали Х Ювілейної Міжнародної конференції “Фізика і технологія тонких плівок”. - Івано - Франківськ: ПрУ, 2005. - Т.1. - С.246 - 247.

36. Dekhtyaruk L. V., Marszalek M., Protcenko I.Yu. Giant magnetoresistance effect in magnetic multilayer structures with polycrystalline spacer // Materials International conference “Functional materials”. - Crimea, 2005. - Р.85.

37. Дехтярук Л.В. Эффект гигантского магнитосопротивления в магнитных сандвичах // Материалы 6-й Международной конференции “Физические явления в твердых телах”. - Харьков: ХНУ, 2003. - С.84.

38. Колесніченко Ю.О., Дехтярук Л.В. Осциляційний акустоелектронний ефект у металевих бішарах // Матеріали VIII Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок. - Івано-ранківськ: ПрУ, 2001. - C.132.

39. Влияние толщины на температурный коэффициент удельного сопротивления в пленках металлов / Е.А. Белоус, Л.В. Дехтярук, С.И. Проценко, А.Н. Чорноус // Материалы Третьего всероссийского семинара “Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении”. - Воронеж: ВГТИ, 2000. - С.87-88.

40. Колесниченко Ю.А., Дехтярук Л.В. Акустоэлектронный осцилляционный эффект в тонких слоях металла // Materials International conference MPSL 99. - Sumy: SSU, 1999. - C.58.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.