Структура та електропровідність ультратонких плівок міді, золота та срібла

Abstract

Вивчено вплив поверхневого та зерномежового розсіяння носіїв струму на перенесення заряду в плівках Cu, Au та Ag в умовах надвисокого вакууму при тиску залишкових газів Рз ≤ 10⁻⁷ Па. Досліджено вплив сурфактантних підшарів Sb, Ge та Si на структуру та кінетичні коефіцієнти тонких плівок Cu, Au та Ag. Залежності від товщини шару питомого опору ρ, температурного коефіцієнта опору β в широкому діяпазоні товщин (d = 2—70 нм) плівок тлумачаться на основі теоретичних моделів квазикласичних та квантових кінетичних явищ у зразках обмежених розмірів. Виконано розрахунок зонної структури ультратонких плівок Cu, Au та Ag. Виявлено, що для плівок досліджуваних металів товщиною, більшою за 5—6 атомових шарів, зонна енергетична структура близька до зонної енергетичної структури масивного зразка металу. Розмірні залежності електропровідности ультратонких плівок (товщиною 2—8 нм) досліджуваних металів пояснено за допомогою квантових теорій балістичного перенесення заряду. Параметри перенесення заряду в плівках металів розраховано в рамках моделів класичного та внутрішнього розмірних ефектів.

Изучено влияние поверхностного и зернограничного рассеяния носителей тока на перенос заряда в ультратонких пленках Cu, Au и Ag в условиях сверхвысокого вакуума при давлении остаточных газов, не превышающем Рост ≤ 10⁻⁷ Па. Исследовано влияние сурфактантных подслоев Sb, Ge и Si на структуру и кинетические коэффициенты тонких пленок Cu, Au и Ag. Зависимости от толщины пленки металла удельного сопротивления ρ и температурного коэффициента сопротивления β в широком диапазоне толщин пленок трактуются с помощью теоретических квазиклассических и квантовых моделей явлений переноса заряда в образцах ограниченных размеров. Параметры переноса заряда в металлических пленках вычислены в рамках теорий классического и внутреннего размерных эффектов.

The resistivity ρ and the temperature coefficient of resistivity β dependences on thin films thickness are investigated experimentally. The experiment showed that ρ and β possess size dependence. The experimental results for ρ are interpreted within the scope of the inhomogeneous cross-section polycrystalline- film model size-effect theories. The grain-boundary scattering is explained within the framework of the Mayadas—Shatzkes and Tellier—Tosser— Pichard theories. The electron-transport parameters for thin films are calculated within the scope of the classical size effect. As shown, a value of the coefficient of charge-carrier grain-boundary transmission, t, do not depend on temperature in the range from 78 K to 370 K and surfactants under layers. The average amplitude of one-dimensional surface asperities, h, is estimated by means of the results of electrical measurements and shows good correlation with crystallite-size (D) data. The Sb, Ge or Si surfactant sublayers (of massive thickness less than 6 nm) hasten the Cu, Au and Ag films metallization. The calculations of electronic band structure of Cu, Au and Ag films show that films with thickness more than 5—6 atom layers have the same electronic band structure as bulk metal samples. The experimental results are explained within the framework of the classical and quantum size-effect theories. Generalized conclusion about electron transport in thin metal films for a wide thickness range is made. The ballistic electron transport in ultrathin metal films is explained within the scope of the Fishman—Calecki theory.