[PDF]    http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.46410

Open access article / Atviros prieigos straipsnis

Lith. J. Phys. 46, 469–474 (2006)


LONGITUDINAL MAGNETORESISTANCE OF UNIAXIALLY DEFORMED THIN POLYCRYSTALLINE Bi FILMS
R. Tolutis
Semiconductor Physics Institute, A. Goštauto 11, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: tolutis@pfi.lt

Received 23 October 2006

The large longitudinal magnetoresistance (MR) of high quality uniaxially deformed 1.5 μm thick polycrystalline bismuth films deposited in vacuum on non-crystalline substrate and annealed at critical temperatures was investigated. The experimental results are interpreted on the basis of polycrystalline Bi thin film model. The data suggest that in tellurium doped Bi films the influence of uniaxial deformation on MR can be up to 400%. It was found that strain and compression cause a considerably different dependence of MR on magnetic field, which is explained in terms of electron intervalley repopulation in polycrystalline film crystallites.
Keywords: bismuth, thin films, magnetoresistance, deformation
PACS: 68.03.Fg, 73.50.Jt


KRYPTINGAI DEFORMUOTŲ PLONŲ POLIKRISTALINIŲ Bi SLUOKSNIŲ IŠILGINĖ MAGNETOVARŽA
R. Tolutis
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 ir didelis mechaninis atsparumas. Stipriuose magnetiniuose laukuose tirta kryptingai deformuotų aukštos kokybės plonų polikristalinių sluoksnių didelė išilginė magnetovarža. Sluoksniai buvo pagaminti vakuuminio garinimo ant amorfinių padėklų būdu, po to juos atkaitinant krizės temperatūroje, artimoje sluoksnio tirpimo temperatūrai. Tų sluoksnių kristalitų skersmuo gali pasiekti kelis šimtus mikronų. Didelė magnetovarža žymi gerą tokių sluoksnių kokybę. Tinkamiausio atkaitinimo režimu gautų sluoksnių savybės, esant toms pačioms sąlygoms, yra artimos monokristalinių sluoksnių savybėms. Sluoksniai buvo deformuojami iki 0,25%, juos tempiant ar spaudžiant padėklo plokštumoje išilgai magnetinio lauko krypties.
Deformuotų polikristalinių sluoksnių išilginė magnetovarža buvo skaičiuota, naudojant patobulintą polikristalinio sluoksnio modelį ir tenzoriaus sandų lygtis. Nustatyta, kad didelis (iki 400%) išilginės magnetovaržos pokytis turėtų būti stebimas sluoksnį suspaudus, kai sluoksnio elektrinį laidumą sukelia L elektronai. Tai galėtų būti stebima Bi sluoksniuose, papildytuose donorine priemaiša. Sluoksnius tempiant magnetovaržos pokytis nežymus. Švariame Bi, kai puslaidininkinio sluoksnio elektrinį laidumą sukelia L elektronai ir T skylės; T skylės žymiai sumažina magnetovaržą, kartu ir deformacijos poveikį. Tai patvirtina ir eksperimento rezultatai. 


References / Nuorodos

[1] N.B. Brandt, V.A. Kulbachinskii, N.Ya. Minina, and V.D. Shirokikh, The band structure alterations and threefold transitions in uniaxial strained Bi1-xSbx alloys, Zh. Eksp. Teor. Fiz. [Sov. Phys. JETP] 78, 1830-1843 (1980) [in Russian].
 
[2] R. Požėra and R. Tolutis, Anisotropy of electrical conductivity in uniaxial strained Bi-Sb films, Fiz. Tverd. Tela (Leningrad) [Sov. Phys. Solid State] 23, 3366-3371 (1981).
 
[3] R. Tolutis, Electrical piezoeffect in semicon ducting Bi-Sb alloys due to anisotropy of electron mobility Phys. Status Solidi B 185, 439-446 (1994).
https://doi.org/10.1002/pssb.2221850214
 
[4] R. Tolutis and V. Tolutis, Anisotropy of electrical conductivity in uniaxial deformed thin Bi films, Phys. Status Solidi A 157, 65-73 (1996).
https://doi.org/10.1002/pssa.2211570109
 
[5] F.Y. Yang, Kai Liu, Kimin Hong, D.H. Reich, P.C. Searson, and C.L. Chien, Large magnetoresistance of electrodeposited single-crystal bismuth thin films, Science 284, 1335-1337 (1999).
https://doi.org/10.1126/science.284.5418.1335
 
[6] R. Tolutis and V. Tolutis, Electrical piezoeffect in thin polycrystalline Bi films due to shear deformation, Lithuanian J. Phys. 37, 155-160 (1997).
 
[7] P.M. Vereecken, L. Sun, P.C. Searson, M. Tanase, D.H. Reich, and C.H. Chien, Magnetotransport properties of bismuth films on p-GaAs, J. Appl. Phys. 88, 6529-6535 (2000).
https://doi.org/10.1063/1.1323537
 
[8] Sunglae Cho, Yunki Kim, L.J. Olafsen, I. Vurgaftman, A.J. Freeman, G.K.L. Wong, J.R. Meyer, C.A. Hofman, and J.B. Ketterson, Large magnetoresistance in post-annealed polycrystalline and epitaxial Bi thin films, J. Magn. Magn. Mater. 239, 201-203 (2002).
https://doi.org/10.1016/S0304-8853(01)00557-1
 
[9] R.A. Tolutis and S. Balevičius, A study of large magnetoresistance of thin polycrystalline Bi films annealed at critical temperature, Phys. Status Solidi A 203, 600-607 (2006).
https://doi.org/10.1002/pssa.200521019
 
[10] R. Tolutis, V. Tolutis, and S. Balevičius, Transport properties and structure of thin Bi films prepared at critical substrate and annealing temperatures, Lithuanian J. Phys. 45, 53-57 (2005).
https://doi.org/10.3952/lithjphys.45107
 
[11] R. Tolutis, Anisotropic magnetoresistance of thin polycrystalline Bi1-xSbx films, Lithuanian J. Phys. 43, 353-359(2003).
 
[12] A. Sutkus and R. Tolutis, The influence of electron scattering features on the anisotropy of electrical conductivity in deformed thin Bi and Bi1-xSbx films, Phys. Status Solidi A 173, 417-424 (1999).
https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-396X(199906)173:2<417::AID-PSSA417>3.0.CO;2-M
 
[13] J.W. McClure and K.H. Choi, Energy band model and properties of electrons in bismuth, Solid State Commun. 21, 1015-1018 (1977).
https://doi.org/10.1016/0038-1098(77)90008-4
 
[14] I.F.I. Mikhail, O.P. Hansen, and H. Nilsen, Diffusion thermolectric power of bismuth in non-quantising magnetic fields. Pseudo-parabolic model, J. Phys. C 13, 1697-1713 (1980).
https://doi.org/10.1088/0022-3719/13/9/016
 
[15] R. Tolutis, V. Tolutis, J. Novickij, and S. Balevičius, Negative magnetoresistance of polycrystalline thin Bi1-xSbx alloy films in quantizing magnetic fields, Semicond. Sci. Technol. 18, 430-433(2003).
https://doi.org/10.1088/0268-1242/18/6/306