yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share

Наноелектроника (2 часть)

3. Обговорення

 

Співвідношення для питомої провідності і TКО тонких металевих двошарових плівок, які отримані в даній роботі, показують, що обидві ці величини залежать безпосередньо

 

Рисунок А.2 – Відносна зміна провідності двошарової плівки, що складається із монокристалічного базового і острівцевого верхнього шарів при збільшенні товщини верхнього шару (суцільна лінія)  порівняно з графіками для суцільної монокристалічної двошарової системи (пунктирна лінія) при δ = 0,3 (1); 0,5 (2); 1 (3); 1,5 (4); 2 (5) та 2,5 нм (6): k1 = 0,2; р1 = 0,5; р0 = 0,9 і р2 = 0,9 (а); k1 = 0,2; р1 = 0,5; р0 = 0,9 і р2 = 0,2 (б)

 

від значень параметрів розсіювання. Очевидно, що осадження верхнього шару також може призвести до збільшення провідності плівки або до значного зменшення. Характер змін пов'язаний із змінами механізмів розсіювання електронів на зовнішній поверхні базового шару z = 0 у процесі осадження верхнього шару. Зменшення може спостерігатися за умови, що дифузне розсіювання електронів на інтерфейсі і на зовнішній поверхні верхнього шару (для ультратонких верхніх шарів характеризується параметром 1-Q (див. співвідношення (17) і (18)) має більш значне, ніж дифузне, розсіювання на зовнішній поверхні непокритого базового шару (характеризується параметром 1-р0). Це означає, що це можливо тільки у випадку, коли Q менше р0. У той самий час зміна величини провідності залежать від усіх параметрів розсіювання, СДВП, товщини шарів і розміру зерен.

На рис. А.1а наведені теоретичні залежності, які показують, як впливають зміни процесів розсіювання електронів на зовнішній поверхні системи (характеризується величиною pQ) на провідність суцільної двошарової плівки. Наведені зміни характеру залежності також пов'язані з наявністю зерномежового розсіювання, а саме представлені три можливі випадки: Q ≈ 0,93 (Q > р0) – суцільні лінії; Q = 0,2

(Q < р0) пунктирні лінії і Q ≈ 0,036 (Q < р0) – штрихпунктирні лінії.

Очевидно, що найбільше зниження провідності може бути отримано при Q = 0. Відносна величина цього зменшення збільшується із збільшенням р0 - Q і зі зменшенням товщини базового шару. Навпаки, цей ефект може бути зменшений за рахунок зерномежевого розсіювання. Необхідно також відзначити, що кут нахилу поданих залежностей зростає зі збільшенням величини коефіцієнта розсіювання на межах зерен. Це тенденція, яку можна очікувати тільки у випадку, коли відбувається збільшення розміру зерен при збільшенні товщини шару (як і передбачається в цій роботі).

Аналогічна залежність спостерігається при дифузному розсіюванні електронів у системі інтерфейс-зовнішня поверхня. Більше того, обидва ці фактори можуть викликати зміну нахилу залежності при зміні товщини покриття.

Як правило, характер провідності змінюється як унаслідок поверхневого та інтерфейсного розсіювання, так і унаслідок розсіювання на межах зерен, але вплив кожного з механізмів проявляється по-різному. Поверхневе та інтерфейсне розсіювання може призвести до зменшення величини Σ, а зерномежове розсіювання може тільки зменшити цей ефект. Однак у  процесі росту верхнього шару дія одночасно обох факторів може привести до більшого відносного збільшення провідності, ніж у випадку, коли немає ніяких розмірних ефектів.

На рис.А.1б показано, що характер залежностей для TКО суцільних монокристалічних і полікристалічних двошарових плівок аналогічний описаному вище. Проте необхідно зазначити, що існує одна суттєва відмінність, яка полягає в тому, що TКО значно більш чутливий до впливу розсіювання на поверхні, інтерфейсі і зернах, ніж провідність. Іншими словами, залежності для TКО мають більший кут нахилу, ніж наведені на рис. А.1а, при однаковому наборі параметрів. Однак початкове відносне зменшення TКО менше, ніж для провідності. Це обумовлено тим, що різниця між α01 і α02  значно менша, ніж різниця між ρ01 і ρ02. Поряд із цим очевидно також, що в межах k2 >> 1 ТКО прямує до постійного значення.

Результати розрахунків провідності для двошарової плівки, що складаються з суцільного монокристалічного базового шару і острівцевого верхнього шару наведені на рис. А.2а для набору параметрів, поданих на рис. А.1а суцільним лініями, та на рис. А.2б для набору параметрів, поданих на рис. А.1а у вигляді пунктирних ліній. Відносна зміна провідності наведена як функція від середньої товщини верхнього шару при різних значеннях параметра δ. Очевидно, що зміни, внесені у розділі 2.3, дозволяють уникнути проблеми початкового зародження острівців і, по суті, стосуються стадії коалесценції острівців покриття. Це значне спрощення, але воно проявляється лише в тому, що не враховується у діапазоні малих значень зведеної товщини k, а характер усіх залежностей залишається однаковим. Перехід від величини провідності непокритого базового шару до провідності двошарової плівки характеризується безперервною функцією (на відміну від випадку, коли наноситься суцільний верхній шар). Також показано, що при Q < р0, коли спостерігається початкове зменшення провідності, відносна величина зменшення збільшується, і має місце мінімальний зсув у бік менших значень k при зменшенні величини початкової товщини островців δ. При d > δ всі залежності, розраховані для острівцевого покриття, поступово стають аналогічними залежностям для розрахованих для суцільного покриття. Аналогічну поведінку можна очікувати і для TКО двошарових систем із острівцевим верхнім шаром. Більше того, коли d > δ, то очевидно, що результати для випадку суцільного верхнього шару повинні досить добре узгоджуватися із результатами для острівцевого покриття. Тому результати розділу 2.2 також дозволяють оцінити можливі зміни у величині TКО за винятком області малих товщин верхнього шару.

Отже, даний підхід може описати фізичну картину явищ, які добре узгоджуються з експериментальними даними, наведеними у багатьох працях [1 - 14]. Однак необхідно зазначити, що для інтерпретації даних у рамках даної моделі потрібно знати декілька параметрів. Тобто виникає необхідність одержання експериментальних даних у широкому діапазоні товщини і температури, які корелюють з мікроструктурними даними.

Такий аналіз дозволяє прогнозувати вплив розмірного ефекту на провідність металевих двошарових зразків і її залежність від температури, а також дозволяє вивчити динамічні структурні зміни на межі поділу шарів двошарової системи за допомогою вимірювання опору.

 

 

41