Аномальный размерный эффект в проводимости пленок висмута малой толщины

Abstract

Исследованы кинетические свойства (приводимость, магнитосопротивление и коэффициент Холла) пленок висмута в интервале толщин 100-500 А при гелиевой температуре. Пленки висмута малой толщины проявляют аномальный размерный эффект — рост проводимости с уменьшением толщины, а также четко выраженные эффекты квантовой интерференции — слабой локализации электронов и усиления электрои-электронного взаимодействия в неупорядоченной системе. Полученные данные о кинетических свойствах пленок использованы для определения характера изменения концентрации и подвижности электронов и дырок с уменьшением толщины. Изотропность свойств в плоскости пленки вследствие существования аксиальной текстуры позволила при этом использовать уравнения для проводника с двумя типами носителей заряда. При расчете в кинетических характеристиках учтен вклад квантовых поправок, связанных с квантовой интерференцией. Установлено, что концентрация носителей заряда заметно увеличивается (до двух порядков) при уменьшении толщины пленки до 100 А, что определяет проявление аномального размерного эффекта в проводимости пленок.

Досліджено кінетичні, властивості (провідність, магнітоопір та коефіцієнт Холла) плівок вісмуту в інтервалі товщин 100-500 А при гелійових температурах. Плівки вісмуту малої товщини виявляють аномальний розмірний ефект — зростання провідності із зменшенням товщини, а також чітко виражені ефекти квантової інтерференції — слабкої локалізації електронів та посилення електрон-електронної взаємодії и невпорядкованій системі. Одержані дані про кінетичні властивості плівок використано для визначений характера змінення концентрації та рухомості електронів і дірок з зменшенням товщини. Ізотропність властивостей в площині плівки внаслідок існування аксіальної текстури дозволила при цьому використати рівняний для провідника з двома типами носіїв заряду. При розрахунку в кінетичних характеристиках враховано вклад квантових поправок, які пов’язані з квантовою інтерференцією. Встановлено, що концентрація носіїв заряду помітно збільшується (до двох порядків) при зменшенні товщини плівки до 100 А, що визначає прояв аномального розмірного ефекту в провідності плівок.

Experemental data are obtained at helium temperature, which describe the kinetic properties (conductivity, magnetoresistance and Hall coefficient) of Bi films whose thicknesses are within 100-500 A. The smallthickness Bi films display an anomalous size effect — the growing conductivity at decreasing thickness, and pronounced quantum interference effects — weak electron localization and enhancing electron-electron interaction in a disordered system. The information derived on the kinetic properties of the films is used to identify the character of the changes in the electron and hole concentrations and mobilities with a decreasing thickness. The isotropy of the properties in the Rims plane due to the axial texture has permitted us to use the equations for a conductor with two types of charge carriers. The used kinetic characteristics correctly take into account the contribution of the quantum corrections related to quantum interference. It is found lhal the concentration of the charge carries increases appreciably (by about two orders of magnitude) as the film thickness decreases to 100 A, which determines the anomalous size effect in the conductivity of the films.