книги из ГПНТБ / Трусов Л.И. Островковые металлические пленки

тивации Q (Процесса проводимости.

Пленки, полученные Мостовечем и Водаром при «омнатной или -более низкой температуре подложки, имели малую эффектив­ ную энергию активации 0,001—0,03 Зв. Такую же зависимость получил Минн [227] при исследо­ вании ультратонких пле­ нок золота. Энергия акти­ вации зависит от толщи­ ны и при сопротивлении

вых пленок при повышенных температурах было обна­ ружено, что кривая в координатах lg R — Т может

181

обратимому изменению сопротивления. В результате от­ жига при различных температурах происходят необра­ тимые изменения параметров электрической проводи- 4

рис. 43.

Важнейшим свойством островковых пленок является отклонение их вольтамперных характеристик от закона Ома [230; 235-.239, с. 1641; 240—245; 60, с. 3074].

Уменьшение сопротивления в поле (эффект поля) за­ висит от структуры пленки, напряженности поля F и температуры.

Мостовеч и Водар [230] доказали, что эффект по­ ля не может быть следствием нагрева пленки джоулевым теплом и является внутренним свойством дискрет­ ных пленочных структур.

На рис. 44 представлены зависимости относительно­ го сопротивления R(U)/R(0) для пленки вольфрама от напряженности поля при различных температурах, где R (0) — сопротивление при потенциале U, R (0) — со­ противление при нулевом значении напряжения. На­ клон прямой, равный

й, _ 2,3 Г (А lg R)

AF'!’

пропорционален абсолютной температуре. При низких температурах эффект поля наблюдается уже при очень малых полях (менее 1 в/см).

182

Вейтзѳнкамп и Башара [235] подтвердили линей­

макронапряжением и эффективным полем или микро­ полем между островками. Падением напряжения непо­ средственно в островках можно пренебречь, поэтому обычно предполагают, что все поле сосредоточено в про­ межутках между ними. -Следовательно, результаты изме­ рения электрических параметров пленок, характеризую­ щихся различной степенью заполнения, неэквивалентны, так как для более толстой пленки поле сосредоточено в более узких зазорах между островками и, таким обра­ зом, его эффективная напряженность выше. Естественно, что эффект поля для таких пленок будет выражен силь­ нее [235, 246] (ем. рис. 45).

183

Для очень слабых и очень сильных полей закон

lg # ~ - / т не соблюдается [230, 235, 246]. В области ма­ лых полей сопротивление остается постоянным, т. е. вы­ полняется закон Ома. В области сильных полей имеет место эффект насыщения [230, 238]. При этом измене­ ние проводимости происходит медленнее, чем в соответ­

где 0— 1,18.

Милгрэм и Лю [245]исследовали эффект поля для хромовых пленок. Свежеосаждеиную пленку хрома не­ медленно покрывали толстым слоем окиси кремния. За­ висимость сопротивления от напряженности поля в ко­

ординатах lg 7?— -\f F при различных температурах, по­ казанная на рис. 46, свидетельствует о том, что пропор­ циональность между этими величинами в данном случае не соблюдается. Авторами предложено следующее вы­ ражение, описывающее зависимость тока от напряже­ ния:

где А и В — коэффициенты, зависящие от температуры.

мость тока от напряжения для некоторых образцов пря температуре жидкого гелия.

Кроме этого, измеряя распределение потенциала вдоль образца, авторы подтвердили вывод Моетовеча и Водара о том, что эффект поля не связан с влиянием контактов. Вместе с тем оказалось, что эффект всегда более существен в неоднородных участках образцов и

вобласти искусственно созданных нерегулярностей. Стенсил [182] • исследовал зависимость проводимое-

184

u'ß s '/г

I, а

Рис. 47. Вольтамперные характеристики хромовых пленок при различных значениях коэффициентов В и л :

185

ти от низкочастотной диэлектрической проницаемос­ ти е. Островковые пленки золота и платины осаждали «а подложку из титаната бария (ВаТі03), у которого величина е резко изменяется три температурах еегнетоэлектрического фазового перехода ( ~ 190 и 280°К). Исследование зависимости сопротивления от темпера­ туры, приведенной на рис. 48, позволило установить, что изменение низкочастотной диэлектрической прони­ цаемости совершенно не влияет на параметры проводи­ мости.

Блан-Лапьер и Нифонтов [247] наблюдали ано­ мальные характеристики электрических шумов для ос­ тровковых пленок. В этих пленках имеет место допол­

ковых пленок золота на стекле [248] зависит от их структуры, силы тока, температуры и пропорциональна четвертой степени сопротивления пленки:

где G (s) и F (Т) — коэффициенты, определяемые струк­

Вслучае нарушения закона Ома наблюдается за­ кономерное отклонение от зависимости (216).

Востровковых металлических пленках были обна­ ружены изменения электрической проводимости, выз­ ванные диффузией примесей.

186

Хилл [234, 249—251] установил, что приложение электрического поля в направлении, нормальном плос­ кости пленки, может привести к модуляции ее проводи­ мости. На обратную сторону подложки осаждали до­ полнительный электрод, к которому прикладывали потенциал, отличный от потенциала исследуемой плен­ ки. Модуляцию проводимости, связанную с наведенной диффузией в поперечном поле, наблюдали для пленок золота, хрома и алюминия на натриевом стекле. Этот эффект не был обнаружен для пленок платины, а так-

же для подложек, не содержащих ионов, способных диффундировать через поверхность раздела. Посколь­ ку данный процесс имеет диффузионную природу, он протекает во времени очень медленно.

Временная зависимость сопротивления пленки хро­ ма на натриевом стекле показана на рис. 49. В поло­ жении, указанном стрелкой, потенциал на дополнитель­

187

Фехл'нер [252] установил, что при длительной вы­ держке (16 ч) конденсата на натриевом стекле при 200°С при большом потенциале на дополнительном

наружено, что в этом случае наведенная полем диффу­ зия ионов натрия приводит к образованию интерметаллического соединения ЫагАи. Однако обратимое изме­ нение сопротивления, наблюдаемое как Хиллом [249, 250], так и Фехлнером, нельзя объяснить образованием соединения Na2Au. Хилл указывает, что в этом случае визуальных изменений в пленке нет. По-видимому, диффузия проходит не столь интенсивно и ее направле­

мости островковых пленок обнаружил гистерезис вольтамперных характеристик (рис. 50).

примесей в межостровковых промежутках под действи­ ем поля и его можно назвать эффектом наведенной диффузии продольного поля.

188

В работах [180, 257] установлено, что покрытие островковых .пленок тантала и иридия диэлектрической пленкой Si02 уменьшает как электросопротивление, так и энергию активации: сопротивление конденсата танта­

Рис. 50. Гистерезис вольтамперной характеристики в тонких плен­ ках (по данным работы [255])

[230] установили, что адсорбция может привести как к обратимым, так и к необратимым изменениям сопро­ тивления. Они обнаружили, что при воздействии возду­ ха, азота, кислорода, углекислого газа и водорода при давлении менее 10~4 мм рт. ст. на очень тонкие слои молибдена, платины, родия, никеля, золота сопротив­ ление обратимо уменьшается [258, с. 1702, 1850].

Вейтзенкамп и Башара [235] наблюдали уменьше­ ние проводимости островковых пленок золота на одну треть при контакте с кислородом. Выдержка в атмос­ фере водяных паров вызывает увеличение проводи­ мости в малых полях в 2—3 раза. Когда пленки выдер­ живаются в водяных парах при высоких полях, прово­ димость увеличивается на два порядка.

Морис [259] при исследовании дискретных пленок

189

гическими изменениями, поскольку является обрати­ мым: в вакууме сопротивление возвращается к перво­ начальному значению. Автор предполагает, что наблю­ даемое изменение сопротивления связано с диффузией газов в диэлектрическую подложку, в результате чего повышается концентрация отрицательных ионов кисло­ рода в области поверхности раздела металл— диэлект­ рик, что обуславливает повышение потенциального барьера между островками и уменьшение коэффициен­

слоя [260]. За счет понижения работы выхода происхо­ дит возрастание электропроводности, достигающее не­ скольких порядков.

Если исследования сопротивления при постоянном токе раскрывают природу проводимости островковой пленки в целом, то исследования сопротивления в пере­ менных полях высокой частоты позволяют получить ин­ формацию о проводимости вещества самих островков [247, с. 237].

В пленках, состоящих из изолированных агрегатов, при прохождении переменного тока проявляются до­ полнительные распределенные емкости, которые приво­ дят к резкой зависимости сопротивления от частоты.

Хирш и Базьян [261] при исследовании частной зависимости проводимости в интервале температур от комнатной до гелиевой, установили, что с увеличением частоты сопротивление понижается. Офре и Водар

нижением температуры изменение сопротивления с час­ тотой становится более существенным.

ними. Параллельно последнему сопротивлению включе­ на емкость, соответствующая емкости зазоров. Расчет проводили применительно’ к пленкам висмута, молибде­

190