Investigation of the growth mechanism, structure, and thermoelectric properties of thin PbTe films grown on mica

Abstract

The growth mechanisms, structure and thermoelectric properties of thin PbTe films prepared by thermal evaporation in vacuum and subsequent deposition on mica substrates at temperatures Ts = 375, 525 and 635 К were studied. The films were prepared from charge with different electron concentrations (n = 10¹⁷ and n = 10²⁰ cm⁻³). The film thickness was varied in the range d =4-500 nm. Electron microscopy study showed that PbTe grows on mica epitaxially in an island like fashion predominantly in the (111) orientation. It is established that in PbTe films there exists a critical thickness at which the transition from electron to hole conductivity with decreasing d is observed. Covering films with a protective layer, lowering the substrate temperature and increasing electron concentration in the charge result in narrowing of the thickness range corresponding to hole conductivity. It is shown that electron concentrations n in the charge and in thick PbTe films grown at the substrate temperature Ts = 525 К differ, the character and magnitude of this difference depending on n in the charge.

Исследованы механизм роста, структура и термоэлектрические свойства тонких пленок РЬТе, полученных термическим испарением в вакууме на подложки из слюды. Варьировались толщина пленок (d = 4-500 нм), температура подложки (Т3 = 375, 525 и 635 К) и концентрация носителей заряда в исходной шихте (п = 10¹⁷ и п = 10²⁰ см⁻³). Методом электронной микроскопии установлено, что РbТе растет на слюде эпитаксиально по островковому механизму преимущественно в ориентации (111). Установлено, что в пленках РbТе существует критическая толщина, при которой наблюдается переход от электронной к дырочной проводимости при уменьшении d. Нанесение на пленки защитного покрытия, снижение температуры подложки и увеличение концентрации электронов в шихте приводят к сужению интервала толщин, соответствующих дырочной проводимости. Показано, что значения концентрации электронов п в шихте и толстых пленках РbТе, полученных при температуре подложки Ts = 525К, различаются, причем характер и величина этого изменения зависят от n в шихте.

Досліджено механізм росту, структура і термоелектричні властивості тонких плівок РbТе, одержаних термічним випаровуванням у вакуумі на підкладки із слюди. Варіювались товщина плівок (d = 4-500 нм), температура підкладки (Т3 = 375, 525 и 635 К) та концентрація носіїв заряду у вихідній шихті (п = 10¹⁷ и п = 10²⁰ см⁻³). Методом електронної мікроскопії встановлено, що РbТе росте на слюді епітаксіально за острівковим механізмом переважно в орієнтації (111). Встановлено, що у плівках РЬТе існує критична товщина, при якій спостерігається перехід від електронної до діркової провідності при зменшенні d. Нанесення на плівки захисного покриття, зниження температури підкладки та збільшення концентрації електронів у шихті приводять до зменшення інтервалу товщин, який відповідає дірковій провідності. Показано, що значення концентрації електронів n у шихті і товстих плінках РЬТе, одержаних при температурі підкладки Ts = 525 К, відрізняються, а характер і величина цієї відмінності залежать від n у шихті.