Гальваномагнитные явления в пленках висмута, легированного теллуром тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Матвеев, Даниил Юрьевич

• Матвеев, Даниил Юрьевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Матвеев, Даниил Юрьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Анализ литературных источников по теме исследования

§1.1. Структура кристаллов типа висмута

§ 1.2. Зонная структура висмута в окрестности энергии Ферми при

низких температурах

1.2.1. Закон дисперсии носителей заряда в точках Г- зоны Бри.пюэна

1.2.2. Закон дисперсии носителей заряда в точке Т- зоны Бриллюэна

§ 1.3. Структура и гальваномагнитные свойства плёнок висмута

§ 1.4. Особенности плёнок и нанонроволок висмута,

легированного теллуром

§ 1.5. Теория гальваномагнитных явлений в плёнках висмута

1.5.1. Феноменологическая теория гальваномагнитных явлений

в плёнках висмута

1.5.2. Электронная теория гальваномагнитных явлений

в плёнках висмута

Выводы к главе 1

Глава 2. Методика получения и исследования свойств плёнок

висмута, легированного теллуром

§ 2.1. Методика приготовления висмута, легированного теллуром

§ 2.2. Методы получения блочных и монокристаллических плёнок

висмута, легированного теллуром

2.2.1. Метод термического испарения в вакууме

2.2.2. Метод зонной перекристаллизации под покрытием

§ 2.3. Методика исследования гальваномагнитных явлений

в плёнках висмута, легированного теллуром

§ 2.4. Методика исследования структуры плёнок висмута,

легированного теллуром

2.4.1. Метод атомно-силовой микроскопии

2.4.2. Метод рентгеноструктурного анализа

§ 2.5. Метод времяпролетной масс-спектрометрии

Выводы к главе 2

Глава 3. Результаты исследования структуры и гальваномагнитных

свойств плёнок висмута, легированного теллуром

§ 3.1. Структура поверхности плёнок висмута,

легированного теллуром

§ 3.2. Гальваномагнитные свойства плёнок висмута,

легированного теллуром

3.2.1. Удельное сопротивление

3.2.2. Магнетосопротивленые

3.2.3. Коэффициент Холла

§ 3.3. Влияние магнитного поля на гальваномагнитные коэффициенты

плёнок висмута, легированного теллуром

Выводы к главе 3

Глава 4. Анализ экспериментальных результатов

§ 4.1. Расчёт концентрации носителей заряда в плёнках висмута,

легированного теллуром, в приближении модели Джонса-Шенберга

§ 4.2. Механизмы рассеяния носителей заряда в плёнках висмута,

легированного теллуром

Выводы к главе 4

Заключение

Основные результаты и выводы работы

Список литературы

Благодарности

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гальваномагнитные явления в пленках висмута, легированного теллуром»

Введение

Актуальность работы. С развитием технологии и физики наноструктур представляется перспективным изучение фундаментальных закономерностей изменения свойств вещества при переходе от объемных монокристаллов к низкоразмерным системам и наноструктурам. При варьировании условий получения пленок, их структура может изменяться от неупорядоченного мелкодисперсного состояния до достаточно совершенного крупноблочного кристалла [1-4]. Использование дополнительных методов позволяет улучшить структуру пленки до монокристалла [5]. Отличие физических свойств тонких плёнок от свойств массивного вещества может быть обусловлено проявлением классического и квантового размерных эффектов вследствие малости толщины плёнки по сравнению с длиной свободного пробега или длиной волны де Бройля носителей заряда [2,6].

Вот уже на протяжении многих лет висмут, относящийся к классу полуметаллов, привлекает широкий круг исследователей вследствие своих уникальных свойств [7-9]. В сравнении с типичными металлами электроны в висмуте имеют низкую концентрацию 10"' м" ) и малую энергию Ферми 25 мэВ) [10]. Вследствие небольшого фермиевского импульса вероятность фононного рассеяния носителей заряда при низких температурах мала и, соответственно, электроны в совершенных монокристаллах висмута имеют чрезвычайно большую длину свободного пробега (~103мкм при 4,2 К). Эти особые свойства монокристаллического висмута приводят к тому, что размерные эффекты как классические, так и квантовые, проявляются при значительно больших размерах, чем в металлах. Эта особенность висмута обуславливает то, что он уже более полувека используется как модельный материал при исследовании размерных эффектов. Типичным объектом при исследовании размерных эффектов являются тонкие пленки висмута [2,11]. При исследовании их гальваномагнитных и термоэлектрических свойств выявлен целый ряд

особенностей, обусловленных малой толщиной пленки и малыми размерами кристаллитов в плоскости пленки. Корректный анализ этих особенностей затруднен вследствие наличия в висмуте нескольких групп носителей заряда. Дополнительной трудностью является анизотропия свойств носителей заряда, различная для различных групп носителей.

Одним из способов преодоления указанных трудностей при исследовании закономерностей изменения свойств при переходе к тонкопленочному состоянию является исследование легированных тонких пленок. Процесс легирования позволяет управлять концентрацией носителей заряда, что в ряде случаев позволяет упростить интерпретацию экспериментальных результатов, обеспечивая дополнительные возможности исследования параметров носителей заряда и электронных свойств полуметаллов.

Кроме того, исследование легированных пленок позволяет получить дополнительную информацию о механизмах рассеяния электронов, как на границах кристаллитов, так и на поверхности пленки, обуславливающих проявление классического размерного эффекта в электронных явлениях переноса.

В связи с этим настоящая работа посвящена изучению закономерностей изменения гальваномагнитных явлений в пленках висмута, легированного донорными примесями. В качестве легирующей примеси использовался теллур. Указанная примесь широко использовалась при исследовании объемных кристаллов В1, [7-9]. Работа выполнена в лаборатории полуметаллов отдела физики конденсированного состояния РГПУ им. А.И. Герцена, в которой изучение структуры и физических свойств полуметаллов ведется уже несколько десятков лет. За это время накоплен богатый опыт по исследованию гальваномагнитных и термоэлектрических свойств монокристаллов висмута, чистого и легированного [12,13].

Наряду с исследованиями массивных кристаллов в лаборатории полуметаллов накоплен большой опыт исследования тонких пленок полуметаллов.

Необходимо отметить, что к настоящему времени подавляющее большинство исследований было посвящено поиску оптимальных режимов получения пленок висмута, обеспечивающих высокую степень совершенства структуры, и изучению влияния структуры на физические свойства пленок висмута. Работы же по исследованию влияния легирования на структуру и гальваномагнитные явления в тонких плёнках висмута единичны и не систематизированы [14-19]. Например, Орловой и Рогачёвой в результате исследований тонких плёнок висмута, легированного теллуром, показано, что используя метод термического испарения в вакууме кристаллов висмута, легированного теллуром, можно осуществить более глубокое легирование висмута в плёночном состоянии по сравнению с массивом [14]. Хереманс [ 1 5] и Дилнер [16-18] отмечают, что увеличение концентрации примеси теллура приводит к расширению области слабого ноля и к существенному уменьшению подвижности электронов.

Целью работы является установление закономерностей изменения гальваномагнитных явлений в пленках висмута, легированного теллуром, изготовленных методом термического испарения в глубоком вакууме, определение влияния размеров (толщины пленки), степени легирования и дефектов структуры на подвижность носителей заряда.

Наряду с блочными пленками висмута, легированного теллуром, исследовать возможность получения монокристаллических пленок висмута, легированного теллуром, используя методы, разработанные для пленок чистого висмута, что позволило бы разделить влияние поверхности пленки и границ кристаллитов на рассеяние носителей заряда в пленках висмута.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Используя метод вакуумного термического напыления, получить блочные пленки

висмута на слюде с содержанием теллура 0,005-0,150 ат.%, в диапазоне толщин 0,1 -

/

1,0 мкм, и однородным распределением теллура по всему объёму пленки.

2. Методом зонной перекристаллизации изготовить монокристаллические плёнки висмута с содержанием теллура 0,005-0,150 ат.%.

3. Провести исследования структуры изготовленных плёнок методами атомно-силовой микроскопии (АСМ) и рентгеноструктурного анализа; определить кристаллографическую ориентацию плёнок и выявить основные закономерности влияния примеси теллура на структуру пленок висмута на слюде.

4. Исследовать гальваномагнитные явления в изготовленных пленках висмута, легированного теллуром, в интервале температур 77-300 К и магнитном поле до 0,65 Тл.

5. Исследовать влияние толщины и примеси теллура на гальваномагнитные явления в плёнках висмута, легированного теллуром.

6. Основываясь на результатах исследований гальваномагнитных явлений, проанализировать влияние толщины, структуры, степени легирования на подвижность носителей заряда в пленках висмута, легированного теллуром.

Работа, посвященная решению этих задач, содержит 4 главы.

Научная новизна. В отличие от ранее выполненных работ, посвященных исследованию структуры и гальваномагнитных явлений в пленках висмута, легированного теллуром [14-19], в настоящей работе проведено целенаправленное комплексное исследование влияния толщины и донорной примеси теллура на структуру поверхности и гальваномагнитные свойства плёнок висмута с применением современных методов исследования. Установлены причины значительного отличия гальваномагнитных коэффициентов в плёнках висмута с содержанием теллура 0,005-0,075 ат.% от монокристаллов того же состава. Показано, что в исследованных пленках концентрация носителей заряда не зависит от толщины. Методом зонной перекристаллизации иод покрытием впервые получены и исследованы монокристаллические пленки висмута, что позволило обеспечить возможность разделения вкладов поверхности и дефектов структуры в ограничение подвижностей носителей заряда в монокристаллических и текстурированных плёнках.

Теоретическая значимость работы

Полученные результаты позволяют уточнить особенности влияния легирующих примесей на кристаллические низкоразмерные объекты на основе висмута; исследовать проявления размерных эффектов при изменении, вследствие легирования, концентрации и энергии носителей заряда на уровне Ферми; дополнить систему закономерностей изменения физических свойств при переходе от массивных монокристаллов к низкоразмерным объектам в виде монокристаллических и блочных плёнок висмута, легированного теллуром, различной толщины.

Практическая значимость работы

Выбор технологических режимов, оптимальных для получения блочных плёнок висмута, легированного теллуром, с совершенной субструктурой блоков, а также изготовление монокристаллических плёнок позволяет приблизиться к свойствам объемного монокристалла. Это может существенно расширить возможность создания первичных тонкоплёночных преобразователей различного назначения, таких как термоэлектрические преобразователи, измерители магнитного поля, тонкоплёночные болометры, тензодатчики, приемники ИК-излучения и т.д... [20,21].

Полученные результаты работы могут быть использованы при изготовлении низкоразмерных структур на основе висмута с заданной концентрацией электронов.

Связь темы с планом научных работ

Диссертационная работа является частью научных исследований научно-исследовательской лаборатории полуметаллов НИИ физики РГПУ им. А.И. Герцена и выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках реализации аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (20092011 годы)» (грант № 2.1.1/9206), Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (гос. контракт от 22 марта 2010 г. № 02.740.11.0544), Федеральной целевой программы «Научные и научно-

педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» (соглашение № 14.В37.21.0891) и государственного задания Министерства на оказание услуг (выполнения работ), проект № 2.7576.2013.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В пленках висмута, легированного теллуром, полученных методом термического напыления в вакууме и подвергнутых отжигу, размеры кристаллитов меньше по сравнению с пленками нелегированного висмута, полученными при аналогичных технологических режимах.

2. Метод зонной перекристаллизации под покрытием позволяет получить монокристаллические (моноблочные) пленки висмута, легированного теллуром, с равномерным распределением теллура по объему пленки.

3. В пленках висмута, легированного теллуром, при возрастании концентрации легирующей примеси уменьшается влияние классического размерного эффекта на гальваномагнитные свойства.

4. В пленках висмута, легированного теллуром, в количестве 0,050 - 0,075 ат.%, при увеличении температуры выше 77 К наблюдается переход от электронной проводимости к электронно-дырочной, при этом определяющими механизмами ограничения подвижности является рассеяние на поверхности и границах кристаллитов, приводящее к практической независимости подвижности носителей заряда от температуры для пленок толщиной менее 100 нм.

Достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы, а также их выводов обеспечивается: использованием разработанных в лаборатории и хорошо апробированных методов выращивания массивных монокристаллов, получения плёнок висмута и сплавов висмут-сурьма, их легирования донорными или акцепторными примесями, методов исследования структуры и свойств массивных монокристаллов и плёнок (АСМ, времяпролетная масс-спектрометрия, рентгеноструктурный анализ, автоматизированный метод исследования по классическому алгоритму комплекса гальваномагнитных явлений), которые, с учетом минимальных погрешностей, позволяют реализовать

детальное исследование кристаллической структуры, состава, гальваномагнитных свойств плёнок висмута, легированного теллуром.

Достоверность обеспечивается сравнительным анализом полученных результатов с результатами по исследованию свойств плёнок чистого висмута и монокристаллов висмута, легированного теллуром, использованием современных моделей и представлений в области физики полуметаллов, согласованностью с результатами исследований, опубликованными другими авторами, в той части, где такое сравнение возможно.

Апробация работы. Основные научные результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались на следующих конференциях и семинарах: XI Межвузовской студенческой научной конференции «студент-исследователь-учитель» (Санкт-Петербург, 2009 г.), VI Всероссийской межвузовской конференции молодых учёных (Санкт-Петербург, 2009 г.),

XII Межгосударственном семинаре «Термоэлектрики и их применения» (Санкт-Петербург, 2010 г.), ХЫХ международной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2011 г.), II Всероссийской школе-семинаре молодых учёных «Конструкционные наноматериалы» (Москва, 2011 г.),

XIII Межгосударственном семинаре «Термоэлектрики и их применения» (Санкт-Петербург, 2012 г.), I Всероссийском конгрессе молодых учёных (Санкт-Петербург, 2012 г.), «Конференции-конкурсе работ молодых физиков России» (Москва, 2012, 2013 гг.), Всероссийском научно-практическом семинаре молодых ученых по тонкопленочным технологиям (Елец, 2012 г.), II Всероссийской научно-практической конференции «Физические явления в конденсированном состоянии вещества» (Чита, 2013 г.).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 14 работ, из них 3 работы опубликованы в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка используемой литературы. Работа содержит 130 страниц машинописного текста сквозной нумерации, 49 рисунков, 7 таблиц. Список литературы включает 125 наименований.

Глава 1. Анализ литературных источников по теме исследования

Висмут обладает весьма сложной зонной структурой с наличием вблизи уровня Ферми в валентной зоне и зоне проводимости как эквивалентных, так и неэквивалентных экстремумов.

В данной главе диссертации приведён обзор литературных источников по вопросам, связанным с особенностью энергетического спектра носителей заряда в кристаллах висмута, структурой и гальваномагнитными свойствами плёнок висмута, а также влиянием легирования на энергетический спектр носителей заряда. Кратко изложена теория гальваномагнитных явлений в плёнках висмута.

§1.1. Структура кристаллов типа висмута

Кристаллы висмута, сурьмы, мышьяка и их твердых растворов имеют сходную структуру (типа висмута), относятся к три тональной сингонии классу

дитригонального скаленоэдра (Зт), пространственной группе Оз/ (Я Зш) [22,23].

Решётка кристаллов типа висмута по своим параметрам слабо отличается от простой кубической, с деформацией и сдвигом двух гранеценгрированных подрешеток А и Б вдоль одной из пространственных диагоналей, которая является осью третьего порядка Сз (точнее, зеркально-поворотной осью шестого порядка), см. рис. 1.1. В результате понижения симметрии, по сравнению с кубической, кроме Сз остаются следующие элементы симметрии: три оси второго порядка С2, перпендикулярные Сз и образующие между собой углы 120°; три плоскости зеркального отражения, проходящие через Сз и перпендикулярные С2, содержащие биссектрисы острых углов, образованных осями С2; три оси С1 (биссекторные оси), перпендикулярные С3 и С2, центр симметрии. На рис. 1.1-1.4 тригональная ось С3 совпадает с осью «7.», перпендикулярна плоскости рисунка, бинарная ось С2 направлена по оси «х», а биссекторная ось С| направлена по оси «у».

Элементарная ячейка кристаллов типа висмута может быть построена несколькими способами [22,23]:

1) в виде ромбоэдра, представленного на рис. 1.1, напоминающего слегка деформированный куб с гранями (100). В такой ячейке плоскость (111) является плоскостью совершенной спайности. Плоскости (111) имеют менее выраженную спайность. Ось третьего порядка С;,, перпендикулярна плоскости (111) и соединяет вершины ромбоэдра с тупыми углами. Оси второго порядка С2 (бинарные оси) параллельны линиям пересечения плоскости (1 1 1) с плоскостями ( 1 1 1). Острый угол 0 граней ромбов равен 87°34'. Эта ячейка содержит восемь атомов, иногда ее называют гранецентрированной псевдокубической. Период ее

Рис. 1.1. Псевдокубическая ячейка кристалла типа висмута. Сдвиг вдоль одной из

2) в виде ромбоэдра с ребрами [101], [110] и [011], длина которых |al| ~ |а2| = |аЗ| = 4,74 Ä, образующими между собой угол а = 57° 14' (рис. 1.2). Гранями ромбоэдра являются плоскости менее совершенной спайности (двойникования).

с = 6,568 Ä;

fr

пространственных диагоналей, параллельных оси С

1акая ячейка содержит два атома, координаты которых по отношению к трансляционным периодам равны (и, и, и) п (-и, -и, -и), где и=2т 0,234 А. Для простой кубической решетки а = 60°, и = 0,25 А;

XÜC

'У и с,

Рис. 1.2. Ромбоэдрическая ячейка решетки mima висмута.

Рис 1.3. Гексагональная ячейка решетки типа висмута.

3) гексагонального типа с шестью атомами в ячейке, которая может быть получена из первой преобразованием ромбоэдрических осей в гексагональные, рис. 1.3 [24]. Параметры элементарных ячеек кристаллов типа висмута с учетом трех способов приведены в таблице 1.1. Для сравнения в таблице 1.1 приведены параметры простой кубической ячейки.

Таблица 1.1. Параметры элементарных ячеек кристаллов В1, 8Ь, Аз в псевдокубических (с, 6), ромбоэдрических (а, а, и), и гексагональных (а\ъ сь) координатах [22,23,25] в сравнении с простой кубической решеткой. Линейные размеры даны в ангстремах.

АБ 8Ь В1 Кубическая решётка

с 5,564 6,228 6,568 —

е 84°38' 87°25' 87°32,4' 90°

а 4,131 4,507 4,746 —

а 54° 10' 57°6,5' 57° 14,2' 60°

и 0,226 0,233 0,237 0,25

ац 3,760 4,308 4,041 —

С|, 1 1,862 1 1,274 10,548 —

сь/ /Ч 3,15 2,62 2,61 2,45

Отличие решетки типа висмута от простой кубической (а < 60°, и < 0,25 А) приводит к тому, что каждый атом решетки имеет три ближайших и три более удаленных соседних атома, находящихся, соответственно, на расстояниях г, и г2, а углы валентных связей отличаются от 90° (табл. 1.2) [26]. В результате кристаллы типа висмута имеют сложную структуру - атомы располагаются в двойных слоях, перпендикулярных оси [27].

Таблица 1.2. Расстояние между ближайшими г, и более удаленными г2 соседними атомами для Аб, БЬ, В1 в кристаллическом и аморфном состоянии, в ангстремах, а также углы ср{ и ср2 валентных связей [26,27].

Кристалл аморфное кристалл

>1 Г1 гг (Р2

Аэ 2,51 3,15 2,51 3,62 97° 73°

БЬ 2,87 3,36 2,87 3,75 96° 79°

В1 3,10 3,47 — — 93° 81°

§ 1.2. Зонная структура висмута в окрестности энергии Ферми при низких

температурах

Зонная структура полуметаллов типа висмута детально исследована теоретически и экспериментально в основном при гелиевых температурах и малых уровнях легирования, приводящих к смещению уровня химического потенциала на десятки мэВ. Пока еще остаются эффективными осцилляционные и резонансные методы, основным критерием применимости которых являются условия сос • т > 1, %сос » кТ, где сос - циклотронная частота [28-33].

Основным методом исследования зонной структуры полуметаллов типа висмута при температурах Т > 77 К длительное время оставалось экспериментальное изучение явлений переноса в кристаллах висмута, легированного донорными и акцепторными примесями [8,9]. Исторически первыми источниками представлений о зонной структуре кристаллов типа висмута и их сплавов явились экспериментальные исследования электрических и магнитных свойств, влияния легирующих примесей на эти свойства [34]. Объяснение полуметаллических свойств висмута впервые было дано Джонсом [35] на основе модели почти свободных электронов.

На рис. 1.4 представлена приведённая зона Бриллюэна. Вследствие отклонений структуры решетки типа висмута от простой кубической, приводящих

к удвоению ее периода, число электронных состояний в зонах Бриллюэна становится равным числу валентных электронов.

" - т 3

%

Рис. 1.4. Приведенная зона Бриллюэна висмута.

Установлено, что абсолютные минимумы зоны проводимости висмута локализованы в точках Ь- зоны Бриллюэна, абсолютные максимумы валентной зоны висмута локализованы в точках Т (рис. 1.4, 1.5). Полуметаллические свойства висмута обусловлены энергетическим перекрытием Ь- и Т- экстремумов.

Поверхность Ферми электронов в висмуте состоит из замкнутых участков, которые по форме свойств симметрии близки к трехосным эллипсоидам, сильно вытянутым вдоль направлений, составляющих угол ср ~ 6° относительно положительного направления биссекторной оси С] (рис. 1.5, 1.6). Оси С2 являются одними из осей симметрии электронных поверхностей Ферми.

(

V / /

т*

[\

/ X

J

Рис. 1.5. Сечение зеркальной плоскостью зоны Бриллюэна кристаллов типа

висмута.

Рис. 1.6. Расположение электронных и дырочных поверхностей Ферми висмута.

Дырочная поверхность Ферми висмута представляет собой эллипсоид, вытянутый вдоль направления Сз (рис. 1.5, 1.6). Объем дырочного эллипсоида равен объему трех электронных эллипсоидов, так что в висмуте

п = р& 3-Ю17 см~3при Т-4,2 К [36], что составляет примерно 10 3 электронов на атом. Задание знака угла наклона (р требует задания положительного направления С,, которое обычно выбирают, как показано на рис. 1.5 [37]. Кристаллографические направления С2,С|,С3 образуют правую систему координат, в которой угол наклона электронных поверхностей Ферми к положительному направлению С| является положительным, <р> 0 (рис. 1.5).

Основные результаты экспериментальных и теоретических исследований энергетического спектра кристаллов типа висмута нашли отражение в многочисленных обзорах и обобщающих работах [28,30,35,37,38 и др.]. Наиболее точные данные относительно поверхности Ферми кристаллов висмута получены Эдельманом методом циклотронного резонанса [39]. Они приведены в таблице 1.3 в системе координат СьС2,Сз и в единицах, используемых автором работы [39].

Таблица 1.3. Параметры спектра электронов и дырок в висмуте на уровне Ферми: I — электроны; II — дырки. Циклотронные эффективные массы т*, выраженные через то — массу свободного электрона, площади экстремальных сечений поверхности Ферми (10~42 г2-см2-с~2), импульсы Р1 (10~21 г-см-с"1) и

■у

скорости V; (10 см/с) в направлениях: главных осей симметрии поверхности Ферми, g\ - эффективный g- фактор. Для электронов оси 2 и 3 направлены под углом (р = 6°23' ± 1 к кристаллографическим осям С, и Сз, ось 1 параллельна С2.

В II оси * т{ р\ VI

I 1(С2) 0,006 1,300 ±0,003 7,88 0,89 2,18 ±0,02

2(С,) 1,28 19,27 ±0,05 0,559 10,0 0,5 ± 0,2

3(С3) 0,011 14,35 ±0,04 0,740 7,5 1,06 ±0,06

II с,,с2 0,064 6,76 ±0,01 1,772 2,52 4,26 ±0,02

Сз 0,703 22,49 ± 0,02 5,89 8,38 <0,1

Эти исследования позволили, прежде всего, по изменению площади экстремальных сечений поверхности Ферми с изменением степени легирования, отождествить их с электронными и дырочными поверхностями Ферми, соответственно [31 ]. Исследования осцилляционных и резонансных эффектов в кристаллах висмута, легированных донорными и акцепторными примесями [40], позволили уточнить закон дисперсии носителей заряда.

По данным источников [40] для кристаллов висмута, зонная схема которого приведена на рис. 1.7, при Т = 4,2 К энергетическое перекрытие Ь- и Т-экстремумов зоны проводимости и валентной зоны, энергия Ферми электронов и дырок, а также прямой энергетический зазор в точке Ь соответственно составляют

(мэВ): АЕ = Еп~ 42,4 ± 2; £Ре =30±2; ££ = 12,40 ± 0,1; Е ь = 10±2.

Рис. 1.7. Схематическое изображение электронных и дырочных изоэнергетических поверхностей вблизи уровня Ферми в висмуте.

Как показали многочисленные исследования, легирование донорными и акцепторными примесями висмута не вносит каких-либо изменений в структуру энергетического спектра исходных кристаллов, а только приводит к изменению концентрации носителей заряда, не изменяя взаимного расположения зон и параметров закона дисперсии [37,40].

1.2.1. Закон дисперсии носителей заряди в точках Ь- юны Бриллючпа

Для описания закона дисперсии электронов в точках Ь- зоны Бриллюэна, рис. 1.6, была предложена модель Джонса-Шенберга или эллипсоидально-параболическая модель (ЭП), зависимость энергии от волнового вектора в главных осях эллипсоида которой имеет вид:

П2

Е{к) = -—la-A.fi. (1.1)

2/7?,

'О У

где а^ = тфщ{, а^ - составляющие тензора обратной эффективной массы в направлении главных осей к эллипсоида, причем ам = 420; а22 = 0,8; а33 = 4,0; «23 = 4,0 («,2 = «13 = 0) [33].

Первые исследования явлений переноса в монокристаллах висмута, легированного теллуром, приводят к выводу о справедливости квадратичной модели Джонса-Шенберга для описания закона дисперсии электронов Ь-экстремумов [8,9] .

Большие значения составляющих тензора а\\ электронов указывают на существование в точках Ь- экстремумов валентной зоны, отделенных узким энергетическим зазором от дна зоны проводимости. Это вытекает непосредственно из теории Кейна для закона дисперсии носителей заряда в зонах, разделенных малым энергетическим зазором [41]. В приближении Кейна:

(1.2)

+

/ _г0 , 2 Аи^УкАиь?ик

т.. тй т\ ¡*> [Е^ - Е'^

где т{] - компоненты эффективной массы, /77 0 - масса свободного электрона, р-оператор импульса; 3У] - символ Кропекера (единичный тензор); и- -

периодическая часть блоховской функции; Е- - энергия полосы в точке к0.

Исследования магнитооптических явлений [42,43] показали, что ширина зазора Еф между взаимодействующими Ь зонами составляет 15мэВ. Малое значение в точке Ь должно приводить к заметному взаимодействию зоны

проводимости с валентной зоной. Закон дисперсии электронов в этом случае должен отличаться от квадратичного, эффективные массы носителей заряда должны зависеть от энергии. Исходя из близости двух зон в Ь- точках и учитывая только их кейновское взаимодействие друг с другом, Лэкс предложил простой вариант модели энергетического спектра носителей заряда [44]:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Матвеев, Даниил Юрьевич, 2013 год

Список литературы

1. Грабов, В.М. Гальваномагнитные и термоэлектрические явления в тонких плёнках висмута и сплавов висмут-сурьма : монография / В.М. Грабов, В.А. Комаров, Е.В. Демидов. - СПб : Изд-во Рос. гос. пед. ун-та им. А.И. Герцена, 2011,- 124 с.

2. Комаров, В.А. Кинетические явления и структура пленок висмута / В.А. Комаров, М.М Климантов, М.М Логунцова, С.Н. Пылина, Е.В. Демидов // Известия РГПУ им. А.И. Герцена. Физика. Научный журнал. - СПб. - 2006. -№ 6(15).-С. 131-143.

3. Комаров, В.А. Механизмы рассеяния носителей заряда в пленках висмута /

B.А. Комаров // Термоэлектрики и их применения. Доклады VIII Межгосударственного семинара. СПб.: Изд. ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН. - 2002. -

C. 237-242.

4. Асеев, A.C. Влияние структурных факторов на магнетосопротивление конденсированных плёнок висмута / A.C. Асеев, Б.А. Авраменко, А.Г. Равлик, З.И. Колупаева // Вестник ХНУ. - 2012. - № 1020. - В. 17. - С. 36-41.

5. Грабов, В.М. Явления переноса в монокристаллических пленках висмута / В.М. Грабов, В.А. Комаров, Е.В. Демидов, М.М. Климантов // Известия РГПУ им. А.И. Герцена. Научный журнал. - СПб. - 2010. - №122. - С. 22-31.

6. Rogacheva, E.I. Quantum-size effects in n-type bismuth films / E.I. Rogacheva, S.N.Grigorov, O.N. Nashchekina, S.G. Lyubchenko, M.S. Dresselhaus // Appl. Phys. Lett. - 2003. - V. 82. - № 16. - P. 2628-2630.

7. Иванов, Г.А. Физические свойства кристаллов типа висмута / Г.А. Иванов, В.М. Грабов // ФТП. - 1995. - Т. 29.-№ 5.-С. 1040-1050.

8. Грабов, В.М. Исследование термоэдс и теплопроводности висмута и его сплавов : дис. ... канд. физ.- мат. наук : 01.04.10 / Грабов Владимир Минович. - Л., 1967.-190 с.

9. Иванов, Г.А. Электрические и гальваномагнитные свойства висмута и его сплавов (твердые растворы) в широком температурном интервале : дис. ... д-ра физ. - мат. наук : 01.04.10 / Иванов Георгий Александрович. - JL, 1964. - 241 с. 1 О.Воронов, Ф.Ф. Аномалии в упругих свойствах монокристалла кремнистого железа при давлениях до 9 GPa и a-s фазовое превращение / Ф.Ф. Воронов, Е.В Чернышова // ФТТ. -1999.-Т. 41. - №3. - С. 516-522.

11. Yang, F.Y. Large magnetore si stance and finite-size effects in electrodeposited single-crystal Bi thin films / F.Y. Yang, Kai Liu, C.L. Chien, and P.C. Searson // Physical Review Letters. - 1999. - V. 82.-№ 16.-P. 3328-3331.

12.Грабов, B.M. Физика полуметаллов и низкоразмерных структур на их основе : учебное пособие / В.М. Грабов, В.А. Комаров, И.И. Худякова, Т.А. Яковлева. -СПб : Изд-во Рос. гос. пед. ун-та им. А.И. Герцена, 2011. 293 с.

13.Грабов, В.М. Энергетический спектр и механизмы релаксации носителей заряда в легированных кристаллах висмута, сурьмы и сплавов висмут -сурьма : дис. ... д-ра физ. - мат. наук : 01.04.10 / Грабов Владимир Минович. -СПб., 1998.-603 с.

14.0рлова, Д.С. Гальваномагнитные свойства тонких пленок висмута, легированного теллуром / Д.С. Орлова, Е.И. Рогачёва // 1МФ, наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. - Харьков. - 2009. - т. 7. ~ №2. -С. 487-493. 15.Heremans, J. Properties of tellurium-doped epitaxial bismuth films / J. Heremans, D. T. Morelli, D. L. Partin, С. H. Oik, С. M. Thrush, and T. A. Perry // Phys.Rev.B. -1988.-V 38.-№15.-P. 10280-10284.

16.Schnelle, W. Electrical and galvanomagnetic properties of undoped and doped polycrystalline bismuth films. I. Preparation and experimental characterization / W. Schnelle, U. Dillner//Phys. Stat. Sol. A. - 1989. - V.l 15. - №2. - P. 505-513. 17.Dillner, U. Electrical and galvanomagnetic properties of undoped and doped polycrystalline bismuth films. II. Analysis in an anisotropic one-carrier model / U. Dillner, W. Schnelle // Phys. Stat. Sol. A. - 1989. - V.l 16. - №1. - P. 337-342.

18.Dillner, U. Electrical and galvanomagnetic properties of undoped and doped polycrystalline bismuth films. III. Analysis in an anisotropic two-carrier model / U. Dillner, W. Schnelle // Phys. Stat. Sol. A. - 1989. - V.H 6. - №2. - P. 715-723.

19.Harris, L. Optical and electrical properties of bismuth deposits doped with tellurium / L. Harris, E.R. Washwell // J. Opt. Soc. Amer. - 1972. -V.62. - № 10. -P. 1162-1164.

20.Heremans, J.P. Low-Dimensional Thermoelectricity / J.P. Heremans // Acta physica Polonica A. - 2005. - V.l08. -№ 4. - P. 609-634.

21.Hicks, L.D. Experimental study of the effect of quantum-well structures on the thermoelectric figure of merit / L.D. Hicks, T.C. Harman, X. Sun, M.S. Dresselhaus // Physical Review В - Condensed Matter and Materials Physics. -1996. -V. 53 (16). - P. R10493-R10496.

22.Степанов, Н.П. Взаимодействие электромагнитного излучения с кристаллами висмута и сплавов висмут-сурьма в области плазменных эффектов : монография / Н.П. Степанов, В.М. Грабов. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. - 168 с.

23.Фаддеев, М.А. Основы кристаллографии / М.А. Фаддеев, Е.В. Чупрунов, А.Ф. Хохлов // М.А. Фаддеев, Е.В. Чупрунов, А.Ф. Хохлов. -М.: Изд-во: ФИЗМАТЛИТ, 2006. -500 с.

24.Cucka, P. The Crystal Structure of Bi and of Solid Solution of Pb, Sn, Sb and Те in Bi / P. Cucka, C.S. Barret // Acta Cryst. - 1961. - V. 121. - № 2. - P.387-395.

25.Вигдорович, B.H. Исследование условий получения монокристаллов висмута и сплавов висмут-сурьма / В.Н. Вигдорович, Г.А. Ухлинов, Н.Ю. Долинская, В.В. Марычев // Известия АН СССР. Металлы. -1973 - № 6. - С. 57-63.

26.Юхин, Ю.М, Химия висмутовых соединений и материалов / Ю.М. Юхин, Михайлов Ю.И //-Новосибирск: Изд-во, СО РАН, 2001. - 360 с.

27 .Денисов, В.М. Висмутосодержащие материалы: строение и физико-химические свойства / В.М. Денисов, Н.В. Белоусова, Г.К. Моисеев // -Екатеринбург: Уро РАН, 2000. - 527 с.

28.Фальковский, Л.А. Физические свойства висмута / Л.А. Фальковский // УФН. - 1968. -Т .94. - № 1. - С. 3-41.

29.Абрикосов, А.А. Некоторые вопросы теории полуметаллов / А.А. Абрикосов // ЖЭТФ. -1973. - Т. 65. - №.5. - С. 2063-2074.

30.Соболев, В. В. Энергетическая структура узкозонных полупроводников / В. В. Соболев.

- Кишинев : Штиинца, 1983. - 288 с.

31 .Dresselhaus, M.S. Electronic Properties of the group V semimetals / M.S. Dresselhaus // J. Phys. Chem. Solids. -1971. - V. 32. - Suppl. 1. - P. 3-33.

32.Дорофеев, E.A. Электронная структура висмута, теория и эксперимент / Е.А. Дорофеев, JI.A. Фальковский // Журнал экспериментальной и теоретической физики. -1984. -№6(12). - Т. 87. - С. 2202-2213.

33.Гицу, Д. В. Явления переноса в висмуте и его сплавах / Д. В. Гицу, И. М. Голбан, В. Г Канцер, Ф. М. Мунтяну. - Кишинев : Штиинца, 1983. - 266 с.

34.Jain, A.L. Temperature Dependence of the electrical Properties of Bismuth-Antimony Alloys /

A.L. Jain // Phys. Rev. -1959. - V. 114. - № 6. - P. 1518-1528.

35.Джонс, Г. Теория зон Бриллюэна и электронные состояния в кристаллах / Г. Джонс; под общ. ред. В. JI. Бонч-Бруевича. -М.: Мир, 1968.-264 с.

Зб.Эдельман, B.C. Исследование поверхности Ферми висмута методом циклотронного резонанса / B.C. Эдельман, М.С. Хайкин // ЖЭТФ. - 1965. - Т. 49. - № 1 (7). - С. 107-116. 37Шенберг, Д. Магнитные осцилляции в металлах / Д. Шенберг; под общ. ред. М. И. Каганова. - М.: Мир, 1986. - 680 с.

38.Каганов, М.И. Электронная теория металлов и геометрия / М.И. Каганов, И.М. Лифшиц //УФН. - 1979. - Т. 129. -№ 3. - С. 487-530.

39.Эдельман, B.C. Свойства электронов в висмуте / B.C. Эдельман // УФН. - 1977. - Т.123.

- №2.-С. 257-287.

40.Брандт, Н.Б. Исследование закона дисперсии носителей в висмуте, легированном примесями акцепторного типа / Н.Б. Брандт, Р. Мюллер, Я.Г. Пономарёв // ЖЭТФ. - 1976. -Т. 71.-№6.-С. 2268-2376.

41.Kane, Е.О. Band structure of indium antimonide / E.O. Kane // J. Phys. Chem. Solids. -1957. - v. 1. - №4. - P.249-261.

42.Maltz, M. Magnetoreflection studies in bismuth / M. Maltz, M.S. Dresselhaus // Phys. Rev.

B. -1970. - V.2. - № 8. - P. 2877-2887.

43.Vecchi, Mario. P. High-field magneto-optical studies in Bi and Bii.xSbx alloys / Mario P. Vecchi, Emilio Mendez, M.S. Dresselhaus // Physica B+C. - 1977. -V.89. - P. 150-154.

44.Lax, B. Infrared magnetoreflexion in bismuth. High fields / B. Lax, J.G. Mavroides, H.J. Zeiger, RJ. Keyes // Phys. Rev. Lett. - 1960. - V. 5. - № 6. - P. 241-246.

45.Bhargava, R.N. De Haas-van Alphen and galvanomagnetic effect in Bi and Bi-Pb alloys / R.N. Bhargava// Phys. Rev. - 1967. -V. 156. - № 3. - P. 785-797.

46.Brown, R.H. Magnetoreflexion in bismuth / R.H. Brown, J.G. Mavroides, B. Lax // Phys. Rev. -1963.-V. 129.-№5.-P. 2055-2061.

47.Ekstein, Y. Shubnikov - de Haas Effect in Bismuth / Y. Ekstein, J.B. Ketterson // Phys. Rev. -1965.-V. 137.-№ 6 A.-P. 1777-1780.

48.Cohen, M.H. Energy bands in Bismuth Structure. 1. A nonelipsoidal model for electrons in Bi / M.H. Cohen // Phys. Rev. - 1961. -V. 121. - № 2. - P. 387-395.

49.Абрикосов, A.A. Теория электронного энергетического спектра металлов с решеткой типа висмута / А.А. Абрикосов, JI.A. Фальковский // ЖЭТФ. - 1962. - т. 43. -с. 1080.

50.Dinger, RJ. Cyclotron resonance and the Cohen nonelipsoidal nonparabolic model for bismuth. 3. Experimental results / R.J. Dinger, A.W. Lawson // Phys. Rev. B. - 1973. -V.7. -№ 12.-P. 5215-5227.

51.Hermann, R. Radio frequency size effect in bismuth / R. Hennann, S. Hess, H.-V. Muller // Phys. Stat. Sol. (b). - 1971. - v.48. - P. 151 -153.

52.Брандг, Н.Б. Исследование эффекта де Гааза - ван Альфена у висмута при сверхнизких температурах / Н.Б. Брандт, Т.Ф. Долголенко, Н.Н. Ступоченко // ЖЭТФ. - 1963. - т. 45. -№5 (11).-С. 1319-1335.

53.Брандт, Н.Б. Электронные фазовые переходы И.М. Лифшица у Bi / Н.Б. Брандт, В .А. Ястребова, Я.Г. Пономарев // ФТТ. -1974. - т. 16. - № 1. - С. 102-109.

54.Брандг, Н.Б. Измерение анизотропии поверхностей Ферми у полупроводникового сплава Bio,9Sbo,i р-типа при переходе в бесщелевое состояние под действием давления / Н.Б. Брандт, Тжи Нгок Бик Чан, Я.Г. Пономарев // ЖЭТФ. - 1977. - т. 72. - вып 3. - С. 9891000.

55.McClure, J.M. The energy band model for bismuth: Resolution of a theoretical discrepancy / J.M. McClure // J. of Low. Temp. Phys. -1976. - V. 25. - P. 527-540.

56.Грабов, В.М. Модель явлений переноса в монокристаллах висмута, легированного теллуром / В.М. Грабов, А.С. Парахин // Термоэлектрики и их применения. Доклады VIII Межгосударственного семинара. ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН.-СПб.,-2010.-С. 231-234.

57.Фальковский, Л.А. Электроны и дырки в висмуте / Л.А. Фальковский, Г.С. Разина // ЖЭТФ. - 1965. - т. 49. - № 7. - С. 265-274.

58.Брандт, Н.Б. Исследование закона дисперсии носителей в висмуте, легированном примесями акцепторного типа / Н.Б. Брандт, Р. Мюллер, Я.Г. Пономарев // ЖЭТФ. - 1976. -№6(12).-С. 2268-2277.

59.van Hulst, J.A. Epitaxial growth of bismuth films and bismuth-antimony heterostructures / J.A. van Hulst, H.M. Jaeger and S. Radelaar //Phys. Rev. B. - 1995. -V.52. - №8. - P. 5953-5961.

60.Partin, D.L. Growth and characterization of epitaxial bismuth films / D.L. Partin, J Heremans, D.T. Morelli, C.M. Trush, C.H. Oik, T.A. Perry // Phys. Rev. B. -1988. -V. 38.-№6.-P. 3818-3825.

61.Rosario, M.M. Electrical transport studies of quench condensed Bi films at the initial stage of film growth: A structural transition and the possible formation of electron droplets / M.M. Rosario, Y. Liu // Phys. Rev. B. - 2002. - V.65. - №9. - P. 094506.

62.Wu, K.S. Electrical transport properties of n-type (110)-oriented bismuth thin films grown at 110 К on glass substrates / K.S. Wu, M.Y. Chern // J. Appl. Phys. - 2008. -V.l04. - №3. - P. 033704-033707.

63.Магсапо, N. Structural and magnetotransport properties of Bi thin films grown by thermal evaporation / N. Marcano, S. Sangiao, J.M. De Teresa, L. Morellón, M.R. Ibarra, M. Plaza, L. Pérez // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. Proceedings of the Joint European Magnetic Symposia - 2010. - V. 322. - № 9-12. -P.1460-1463.

64.Butenko, A.V. Quantum-size oscillations of the electric field effect (EFE) in thin Bi films / A.V. Butenko, Dm. Shvarts, V.B. Sandomirskii and Y. Schlesinger // Physica B. Condensed Matter, - 2000. - V. 284-288. - Part 2. - P. 1942-1943.

65.Комаров, В.А. Явления переноса и структура поверхности пленок висмута /

B.А. Комаров, Е.В. Демидов, М.М. Климантов, С.Н. Пылина, М.М. Логунцова // Термоэлектрики и их применения: Доклады X Межгосударственного семинара. ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. - СПб. - 2006. - С. 114 -119.

66.Михайличенко, Т.В. Условия получения и электрические свойства пленок висмута: дис. ... канд. физ.- мат. наук: 01.04.10 / Михайличенко Татьяна Васильевна. - Л., 1973. -135 с.

67.Комаров, В.А. Исследование кинетических свойств пленок висмута на различных подложках : дис. ... канд. физ.- мат. наук : 01.04.10 / Комаров Владимир Алексеевич. - Л., 1989. -117 с.

68.Демидов, Е.В. Блочная структура плёнок висмута и её влияние на подвижность носителей заряда: дис. ... канд. физ,- мат. наук : 01.04.07 / Демидов Евгений Владимирович. - СПб., 2009. - 150 с.

69.Кайданов, В.И. О влиянии толщины плёнок висмута на их электрические свойства / В.И. Кайданов, А.Р. Регель // ЖТФ. - 1958. - т. 28. - № 2. - С. 402-411.

70.Комник Ю. Ф. Физика металлических плёнок : Размерные и структурные эффекты / Ю. Ф. Комник. - М.: Атомиздат, 1979. - 264 с.

71.Wu, K.S. Temperature-dependent growth of pulsed-laser-deposited bismuth thin films on glass substrates / K.S. Wu, M.Y. Chern // Thin Solid Films. - 2008. - V.516, -№ 12.-P. 3808-3812.

72. Lu, M. Low-temperature electrical-transport properties of single-crystal bismuth films under pressure / M. Lu, R.J. Zieve, A. van Hulst, H.M. Jaeger, T. F. Rosenbaum, S. Radelaar. //-Physical Review B.- 1996.-V.53. — № 3.-P.l609-1615.

73 .Иванов, Г.А. Влияние дефектов структуры на гальваномагнитные явления в плёнках висмута/ Г.А. Иванов, В.М. Грабов, Т.В. Михайличенко // ФТТ. - 1973. - Т. 15. - № 2. -

C. 573-575.

74.Матвеев, Д.Ю. Электрические свойства пленок висмута и висмута, легированного теллуром / Д.Ю. Матвеев, Е.Е. Христич // Сборник трудов VI Всероссийской конференции молодых ученых. - СПб. Изд. СПбГУ ИТМО, -2009.-Вып. 3. - С.75-81.

75.Грабов, В.М. Особенности структуры плёнок висмута, полученных методом термического испарения в вакууме / В.М. Грабов, Е.В. Демидов, В.А. Комаров, М.М. Климантов, Д.Ю. Матвеев, C.B. Слепнев, Е.В. Усынин, Е.Е. Христич, Е.В. Константинов // Известия РГПУ им. А.И. Герцена. Естественные и точные науки: Научный журнал. - СПб. - 2009. -№ 95. - С. 105 -120.

76.Hofîman, R.A. Electrical transport properties of thin bismuth films / R.A. Hoffman, D.R Frankl // Phys. Rew. B. - 1971,-V.3.-№6.-P. 1825-1833.

77.Комник, Ю.Ф. Кинетические свойства тонких плёнок висмута / Ю.Ф. Комник, В.В. Андриевский // ФНТ. - 1975. - т. 1. - С. 104-109.

78.Michon, P. Influence de la taille des grains et de l'onde de de broglie sur les propriétés de transport des couches minces de bismuth / P. Michon // Thin Solid Films.

- 1973. - V. 16.-P. 335-344.

79.Грабов, В.М. Общая закономерность, определяющая величину, температурную и концентрационную зависимость удельного сопротивления кристаллов типа висмута / В.М. Грабов, А.С. Парахин, Л.С. Багулин, О.Н. Урюпин // Известия РГПУ им. А.И. Герцена. Естественные и точные науки: Научный журнал. - СПб.

- 2006. - № 6 (15). - С. 86-100.

80.Грабов, В.М. Ограничение подвижности носителей заряда в плёнках висмута, обусловленное их блочной структурой / В.М. Грабов, Е.В. Демидов, В.А. Комаров // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - СПб.

- 2011. - № 2. - С. 81-85.

81.Cho, S. Large magnetoresistance in postannealed Bi thin films / S. Cho, Y. Kim, A.J. Freeman, G.K.L. Wong, J.B. Ketterson, L.J. Olafsen, I. Vurgaftman, J.R. Meyer and C.A. Hoffman // Applied Physics Letters. - 2001. - 79. -№ 22. -P. 3651-3653.

82.Chang, J. Microstructure and magnetoresistance of sputtered bismuth thin films upon annealing / J. Chang, H. Kim, J. Han, M.H. Jeon, W.Y. Lee // J. Appl. Phys. - 2005. -V. 98.-№ 2.-P. 023906-1-023906-7.

83 .Das Gupta, K. Magnetoresistance and conductivity exponents of quench-condensed ultra-thin films of Bi / K. Das Gupta, G. Sambandamurthy, N. Chandrasekhar // Physica B. - 2000. - V. 284. - № 2. - P. 1976-1977.

84.Rogacheva, E.I. Semimetal-semiconductor transition in thin Bi films / E.I. Rogacheva, S.G. Lyubchenko, M.S. Dresselhaus // Thin Solid Films. - 2008. -V. 516.-№ 10.-P. 3441-3415.

85.Ramadan, A.A. Size-dependent structural characteristics of thin bismuth films /

A.A.Ramadan, A.M. El-Shabiny and N.Z. El-Sayed // Thin Solid Films. - 1992. -V. 209. - №1. - P. 32-37.

86.Комник, Ю.Ф. Спин-орбитальное взаимодействие в плёнках висмута малой толщины / Ю.Ф. Комник, И.Б. Беркутов, В.В. Андриевский // ФНТ. - 2005. - т. 31. -№3/4. - С. 429-435.

87.Dillner, U. Analysis of resistivity, Hall effect and magnetoresistance measurements of thin bismuth films by means of an anisotropic two-carrier model / U. Dillner // phys. stat. sol. (a). - 1983.-V.75. -№ l.-P. 227-233.

88.Heremans, J. Bismuth nanowire arrays: Synthesis and galvanomagnetic properties / J. Heremans, C.M. Thrush, Y.M. Lin, S. Cronin, Z. Zhang, M.S. Dresselhaus, J.F. Mansfield // Phys. Rev. B. - 2000. -V. 61. -№4. - P. 2921-2930.

89.Koroteev, Yu. M. First-principles investigation of structural and electronic properties of ultrathin Bi films / Yu. M. Koroteev, G. Bihlmayer, E.V. Chulkov and S. Bliigel // Physical Review B.-2008.-V. 77.-№4.-P. 045428-045434.

90.Комаров, В.А. Явления переноса и структура поверхности пленок висмута /

B.А. Комаров, Е.В. Демидов, М.М. Климантов, С.Н. Пылина, М.М. Логунцова // Термоэлектрики и их применения: Доклады X Межгосударственного семинара. ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. - СПб. - 2006. - С. 114 -119.

91.Lin, Y.M. Fabrication and transport properties of Te-doped Bi nanowire arrays / Y.M Lin, X. Sun, S. B. Cronin, Z. Zhang, J. Y. Ying, and M. S. Dresselhaus // MRS

Fall Meeting. -1999. - V.582, Symposium H - Molecular electronics. DPI: http://dx.d0i.0rg/l0.1557/PROC-582-H10.3

92.Lin, Y.M. Determination of carrier density in Te-doped Bi nanowires / Y. M. Lin, M.S. Dresselhaus // Appl. Phys. Lett. - 2003. - V. 83. - №17. - P. 3567-3569.

93.Lin, Y.-M. Transport properties of Bi nanowire arrays / Y. -M. Lin, S.B. Cronin, J.Y. Ying, M.S. Dresselhaus and J.P. Heremans // Appl. Phys. Lett. - 2000. -V.76. -№26.-P. 3944-3946.

94.Lin, Y. M. Transport Properties of Bi-related Nanowire Systems / Y. M. Lin, S.B. Cronin, J. Y. Ying, J. Heremans, and M. S. Dresselhaus // Mat. Res. Soc. Symp. Proc-2001. -V. 635. - C. 4.20.1-4.30.6.

95.Логунцова, M.M. Явления переноса в пленках висмута, легированного теллуром / М.М. Логунцова // Неравновесные явления в конденсированных средах. Сборник научных трудов. - СПб.: БАН. - 2006. - С. 76-84.

96.Mayadas, A.F. Electrical-resistivity model for polycrystalline films: the case of arbitrary reflection at external surfaces / A.F. Mayadas, M. Shatzkes // Phys. Rev. B. -1970,-V.l (4).-P. 1382-1389.

97.Fuchs, K. The conductivity of thin metallic films according to the electron theory of metals / K. Fuchs, N.F. Mott // Math. Proc. of Cambridge Phil. Soc. - 1938. -V. 34. -№ 1. - P. 100-108.

98.Sondheimer, E. H. The mean free path of electrons in metals / E.H. Sondheimer // Journal: Advances in Physics. - 1952. - V.l .-№ 1. -P. 1-42.

99.Комаров, B.A. Явления переноса в тонких пленках висмута, легированного теллуром / В.А. Комаров, Д.Ю. Матвеев, И.И. Худякова, А.Н. Крушельницкий // Известия РГПУ им. А.И. Герцена. Естественные и точные науки: Научный журнал.-СПб.-2012.-№ 147.-С. 50-63.

ЮО.Комаров, В.А. Гальваномагнитные свойства тонких плёнок висмута, легированного теллуром, полученных методом термического испарения в вакууме / В.А. Комаров, Д.Ю. Матвеев, Е.В. Демидов, А.Н. Крушельницкий // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. — 2013. — № 1 (83).-С. 113-118.

101.Комаров, В.А. Структура и явления переноса в пленках висмута, легированных донорными и акцепторными примесями / В.А. Комаров, Д.Ю. Матвеев, C.B. Слепнев, A.B. Басов, Е.В. Константинов // Термоэлектрики и их применения. Доклады XII Межгосударственного семинара. - СПб.: Изд. ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. - 2010. - С. 350-356.

102.Комаров, В.А. Структура и явления переноса в плёнках висмута, легированного теллуром / В.А. Комаров, Д.Ю. Матвеев, A.C. Парахин, А.Н. Крушельницкий // Термоэлектрики и их применения. Доклады XIII Межгосударственного семинара. - СПб.: Изд. ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. - 2013. -С. 358-363.

103 .Яковлева, Т.А. Электронная теория эффектов переноса в висмуте : слабое магнитное поле / Т.А. Яковлева. - Л. : Изд-во Рос. гос. пед. ун-та им.

A.И. Герцена, 1987.-30 с.

Ю4.Минайчев, В. Е. Нанесение плёнок в вакууме технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники / В. Е. Минайчев. - Кн. 6. - М.: Высшая школа, 1989.- 110 с.

105 .Комаров, В.А. Явления переноса в монокристаллических и поликристаллических плёнках висмута, легированного теллуром / В.А. Комаров, Д.Ю. Матвеев // Доклады II Всероссийской научно-практической конференции «Физические явления в конденсированном состоянии вещества». - Чита: Изд. Забайкальский госуниверситет. - 2013. - С. 26-34.

106.Протасов, К.В. Статистический анализ экспериментальных данных / К. В. Протасов. - М.: Мир, 2005. - 142 с.

107.Роганов, В.Р. Обработка экспериментальных данных : учебное пособие /

B.Р. Роганов, С.М. Роганова, М.Е. Новосельцева. - Пенза.: Изд-во Пенз. гос. ун-т, 2007.- 171 с.

108.Рыков, С. А. Сканирующая зондовая микроскопия полупроводниковых материалов и наноструктур : учебное пособие для вузов по направлению «Техническая физика» / С. А. Рыков; под общ. ред. В. И.Ильина, А. Я. Шика. -СПб.: Наука, 2001.-52 с.

109.Неволин, В. К. Зондовые нанотехнологии в электронике / В. К. Неволин. - 2-е изд. -М.: Техносфера, 2006. - 159 с.

ПОТрабов, В.М. Атомно-силовая микроскопия декорированных оксидированием дефектов плёнок висмута / В.М. Грабов, Е.В. Демидов, В.А. Комаров, М.М. Климантов // ФТТ. - 2009. - Т.51. - № 4. - С. 800-802.

111.Грабов, В.М. Атомно-силовая микроскопия пленок висмута / В.М. Грабов, Е.В. Демидов, В.А. Комаров // ФТТ. - 2008. - Т. 50. - С. 1312-1316.

112.Грабов, В.М. Оптимизация режимов термического осаждения в вакууме плёнок висмута при контроле их дефектности методом атомно-силовой микроскопии / В.М. Грабов, Е.В. Демидов, В.А. Комаров // ФТТ. - 2010. - Т. 52. -№6.-С. 1219-1222.

ПЗ.Богдан, Т.В. Основы рентгеновской дифрактометрии: учебное пособие / Т.В. Богдан,- М.: Изд-во МГУ, 2012. - 64 с.

114.Ганеев, A.A. Анализ твердотельных образцов с ионизацией пробы в импульсном разряде в комбинированном полом катоде и время-пролетным детектированием ионов / A.A. Танеев, М.А. Кузьменков, C.B. Потапов, А.И. Дробышев, М.В. Воронов //Масс-спектрометрия. - 2006 - Т.З.-№ 3-С. 185-192.

115.Кузьменков, М.А. Времяпролетная масс-спектрометрия с импульсной газоразрядной ионизацией в полом катоде для анализа твердотельных проб : дис. ... канд. физ.- мат. наук : 02.00.02 / Кузьменков Михаил Александрович. - СПб., 2006. - 97 с.

Пб.Демидов, Е. В. Выращивание мелкоблочных пленок висмута для увеличения термоэлектрической эффективности / Е.В. Демидов, В.А. Комаров, Е.В. Константинов // Термоэлектрики и их применения. Доклады XIII Межгосударственного семинара; под. ред. М. В. Ведерникова, JI.H. Лукьяновой . - СПб.: Изд. ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. - 2010. - С. 344 - 349. 117.Cho S. Growth-mode modification of Bi on CdTe (111) A using Te monolayer deposition / S. Cho, A. DiVenere, G.K. Wong, J.B. Ketterson, J.R. Meyer and J.I. Hong // Phys. Rev. B. - 1998. - V.58. - № 4. - P. 2324-2328.

118.Zayed, M.K. Condensation on (002) graphite of liquid bismuth far below its bulk melting point / M.K. Zayed, H.E. Elsayed-Ali // Phys. Rev. B. - 2005. - V.72. - № 20. -P. 205426-205434.

119.Комаров, В.А. Явления переноса в монокристаллических и блочных плёнках системы висмут-сурьма / В.А. Комаров, Е.В. Демидов, Н.С. Каблукова, Е.Е. Христич, С.Д. Маркушев // Термоэлектрики и их применения. Доклады XIII Межгосударственного семинара - СПб.: Изд. ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН. - 2013.-С. 352-357.

120.Матвеев, Д.Ю. Размерный эффект в гальваномагнитных явлениях в плёнках висмута, легированного теллуром / Д.Ю. Матвеев // Сборник материалов Всероссийского научно-практического семинара по тонкопленочным технологиям. - Елец: Изд. ЕГУ им. И.А. Бунина. - 2012. - С.75-79.

121.Грабов, В.М. О длине свободного пробега носителей тока в висмуте / В.М. Грабов, Т.В. Михайличенко // XXIV Герценовские чтения; Общая и экспериментальная физика. - Д.: ЛГПИ им. А.И. Герцена. - 1971. - С. 96-99.

122.Грабов, В.М. Явления переноса в кристаллах с произвольным законом дисперсии носителей заряда в произвольном магнитном поле / В.М. Грабов, А.С. Парахин // Изв. Рос. гос. пед. ун-та им. А.И. Герцена. - 2005. - 5(13). - С. 137-146.

123.Грабов, В.М. Температурная зависимость энергетических параметров зон кристаллов висмута и сплавов Bij-x Sbx (0 < х < 0,22) в интервале температур 77300 К / В.М. Грабов, А.В. Лужковский, Т.А. Яковлева // Термоэлектрики и их применения. Доклады XIII Межгосударственного семинара - СПб.: Изд. ФТИ им.

A.Ф.Иоффе РАН. - 2000. - С. 96-101.

124.Kolodziejczak, J. Galvano- and Thermomagnetic Effects in Semiconductors with Non-Spherical and Non-Parabolic Energy Bands / J. Kolodziejczak, S. Zukotynski // Physica Status Solidi. - 1964. - V.5. -№ 1. -P. 145-158.

125.Hattab, H. Epitaxial Bi (111) films on Si(001): Strain state, surface morphology, and defect structure. H. Hattab, E. Zubkov, A. Bernhart, G. Jnawali, C. Bobisch,

B. Krenzer, M. Acet, R. Moller, M. Horn-von Hoegen // Thin Solid Films. - 2008. V. 516. - №23. - P. 8227-8231.

tjL

Благодарности

В первую очередь, выражаю глубокую благодарность моему научному руководителю, кандидату физико-математических наук, доценту Комарову Владимиру Алексеевичу и руководителю лаборатории, доктору физико-математических наук, профессору Грабову Владимиру Миновичу за предоставление интересной темы исследований, за постоянное внимание, руководство работой и непосредственное участие как в подготовке и планировании эксперимента, так и в обсуждении научных результатов.

Считаю своим долгом искренне поблагодарить кандидата физико-математических наук, доцента Худякову Инну Ивановну и кандидата физико-математических наук, доцента Яковлеву Татьяну Андреевну за помощь в расчёте гальваномагнитных коэффициентов, внимание и сотрудничество на всех этапах выполнения работы.

Выражаю признательность и благодарность кандидату физико-математических наук, старшему научному сотруднику отдела физики конденсированного состояния НИИ физики Демидову Евгению Владимировичу за помощь в исследовании структуры плёнок на АСМ, аспиранту и научному сотруднику химического факультета СПбГУ Губаль Анне Романовне за помощь в проведении серии экспериментов на времяпролётном масс-спектрометре «ЛЮМАС-30».

Выражаю огромную благодарность всем сотрудникам лаборатории полуметаллов Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена за творческую обстановку, постоянное внимание, поддержку, полезные дискуссии и всем коллегам, оказавшим посильную помощь при выполнении работы.