TRANSPORT PROPERTIES AND STRUCTURE OF THIN Bi FILMS PREPARED AT CRITICAL SUBSTRATE AND ANNEALING TEMPERATURES
V. Tolutis, R. Tolutis, and S. Balevičius
Semiconductor Physics Institute, A. Goštauto 11, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: tolutis@pfi.lt

Received 20 September 2004

The magnetoresistance (MR), sheet resistance (R_□), and structure of vacuum-deposited thin bismuth films with 0.3 to 1.5 μm thickness prepared on noncrystalline dielectric amorphous substrate were investigated as a function of substrate (T_S) and annealing (T_A) temperatures. The investigations were mainly focused on films prepared at critical T_S and T_A temperatures, at which essential changes in film structure and magnetoresistance value were obtained. The existence of these temperatures is associated with the intensive growth of high-quality crystallites. The mechanism of this phenomenon is discussed. In the case of annealed 1–1.5 μm thick films, the size of these crystallites ranges from 50 to 200 μm. It was demonstrated that such films have large transverse magnetoresistance ranging up to 170% for 1.5 μm thick films at 293 K in 2.5 T magnetic fields.

Bi PLONŲ SLUOKSNIŲ, GAUTŲ ESANT KRITINĖMS PADĖKLO IR ATKAITINIMO TEMPERATŪROMS, TRANSPORTO SAVYBĖS IR STRUKTŪRA
V. Tolutis, R. Tolutis, S. Balevičius
Puslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva

Naujos Bi sluoksnių fizikinių savybių panaudojimo perspektyvos skatina pastovų domėjimąsi ir jų plonais sluoksniais, kurių pagrindinis privalumas – labai paprasta ir pigi jų gamybos technologija.
Nežiūrint didelio skaičiaus darbų, skirtų šių sluoksnių savybėms tirti, dar ir dabar yra nemažai esminių, mažai tirtų klausimų. Pateikti Bi plonų sluoksnių ant amorfinių padėklų, gautų vakuuminio garinimo būdu, esant padėklo temperatūrai (T_S) artimai kritinei, tai yra, tame T_S intervale, kuriame sluoksnio savybės kinta iš esmės, tyrimų duomenys. Tokių T_S sričių yra dvi. Viena jų, esanti 345 K< T_S <410 K intervale, susijusi su sluoksnio susidarymo iš garų fazės mechanizmo pasikeitimu, t. y. perėjimo nuo mechanizmo “garų fazė – kieta fazė” prie mechanizmo, kai kieta fazė susidaro per dispersinę skystą Bi fazę. Šios T_S srities pradžioje, iki 373 K, kurioje vyrauja pirmasis mechanizmas, dispersinės skystos Bi fazės buvimas skatina kristalitų augimą bei jų fizikinių savybių gerėjimą didėjant T_S. Kristalitų matmenys toje srityje siekia kelis mikronus. Antroji sritis, T_S > 435 K, susijusi su staigiu kristalizacijos centrų mažėjimu didėjant T_S ir skystos Bi fazės sričių susidarymu. Toje srityje kristalitų matmenys gali pasiekti kelias dešimtis mikronų.
Sluoksnio kristalinės būsenos ir fizikinių savybių priklausomybės nuo atkaitinimo temperatūros (T_A) tyrimais parodyta, kad, T_A priartėjus prie sluoksnio tirpimo temperatūros (TM), kristalitų matmenys, didėjant T_A, ima staigiai didėti. Toje T_A srityje kristalitų skersmuo gali pasiekti kelis šimtus mikronų. Didelė magnetovarža (MR) žymi gerą tokių sluoksnių kokybę. Šioje srityje MR vertė priklauso nuo sluoksnio storio ir, kai d > 1,5 μm, priartėja prie monokristalinių sluoksnių MR verčių. Aiškinama, kad tas reiškinys atsiranda dėl to, kad polikristalinių sluoksnių tirpimas dėl skirtingo kristalitų susitvarkymo laipsnio yra nevienalytis, todėl, kai T_A artima T_M, tik dalis kristalitų lieka stabilūs, o kiti pradeda tirpti. Tokia padėtis sudaro palankias sąlygas stabiliems kristalitams augti nestabilių kristalitų sąskaita. MR priklausomybė nuo sluoksnio storio tiesiogiai susijusi su paviršiaus sąlygota krūvininkų sklaida. Sluoksnio storiui pasiekus krūvininkų laisvo kelio ilgį (apie 1,5 μm kambario temperatūroje), ši sklaida tampa nežymi. Tinkamiausio atkaitinimo režime gautų sluoksnių savybės, esant toms pačioms sąlygoms, yra artimos monokristalinių sluoksnių savybėms. Todėl jie gali būti pritaikomi praktikoje.