Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
10. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК»
10.1. Цель работы
Практическое изучение технических и методических основ определения температурной зависимости электросопротивления тонких пленок, полученных методами вакуумно-плазменного осаждения, и расчета температурного коэффициента сопротивления (ТКС).
10.2. Теоретические сведения
Отрицательный ТКС в диспергированных пленках.
ТКС очень тонких пленок редко приближается к объемному значению, чаще такие пленки обладают большим отрицательным ТКС. Особый механизм проводимости очень тонких диспергированных (островковых, зернистых по структуре) пленок очевидно определяется их строением. На рис. 10.1 показаны кривые зависимости сопротивления от температуры для прерывистых пленок трех металлов. Имеет место хорошее соответствие этих экспериментальных данных выражению для сопротивления пленок
R = A0 T–e / kT,
где A0, и – постоянные отдельной пленки.
Рис. 10.1. Зависимость сопротивления от температуры прерывистых пленок трех металлов.
Объяснение можно найти рассматривая особую термоэлектронную эмиссию из зерен пленки. Поскольку энергия активации для проводимости диспергированных пленок намного меньше работы выхода соответствующих металлов в массивном состоянии, для объяснения результатов экспериментов следует предположить, что, во-первых, этот более низкий барьер активации обусловлен наложением друг на друга поляризационных силовых потенциалов двух островков, во-вторых, маленькая частичка обладает более низкой работой выхода, чем массив, в-третьих, что форма небольшой частички обуславливает пониженную работу выхода. Если электроны инжектируются в подложку, то необходимо рассматривать только разницу между работой выхода металла и электронов в изоляторе. Таким образом, перенос зарядов посредством термоэлектронной эмиссии вполне может объяснять представленные результаты. Обоснованным объяснением представляется также теория туннелирования, т.е. перенос зарядов посредством туннелирования между разрешенными состояниями.
Проводимость сплошных пленок.
Отрицательные температурные коэффициенты для островковых пленок обусловлены энергией, необходимой для преодоления расстояния между островками. Однако отрицательные температурные коэффициенты обычно проявляются и в металлических сплошных пленках толщиною и в несколько тысяч ангстрем. Отрицательные температурные коэффициенты не проявляются в сплошных пленках до тех пор пока значительно не проявляются примеси. Чем больше отклонение удельного сопротивления ленки от объемного сопротивления, тем больше отрицательный температурный коэффициент. Это объясняется геттерными свойствами металлов при их осаждении и миграцией примесей к границам зерен, кроме того, хорошо известно, что диффузия по границам зерен протекает на несколько порядков быстрее, чем по всему объему пленки, поэтому со временем может иметь место загрязнение границ зерен из атмосферы или других внешних источников.
Влияние окисления по границам зерен было подробно изучено на примере тантала. Пленки, полученные методом катодного распыления в относительно чистых условиях (подача на подложку отрицательного потенциала > 300 В в значительной мере подавляет поглощающую способность), при термообработке в вакууме (Т = 250 С) лишь незначительно увеличивали удельное сопротивление. При нагревании на воздухе их удельное сопротивление увеличивалось более чем в 2 раза. Для аналогичных пленок, осажденных в атмосфере, содержащей 0,1 % кислорода, термообработка и в вакууме и на воздухе приводит к значительному росту сопротивления. ТКС при этом менялся весьма характерным образом (рис. 10.2), подтверждая влияние границ зерен на механизм проводимости.
Рис. 10.2. Зависимость ТКС танталовых пленок от термообработки на воздухе при Т = 250 С.
10.3. Задание по работе
7.4. Требования к оформлению протокола
Протокол должен содержать следующее: