Приготовление тонких плёнок TmTe и их оптические, электрофизические и механические свойства

Разработана технология приготовления тонких кристаллических плёнок TmTe методом вакуумнотермического испарения из двух независимых источников — Tm и Te. При комнатной температуре в области энергии фотонов 0,6–3,9 эВ измерен спектр поглощения приготовленных плёнок. Выявлено, что спектр поглощения име...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автори:	Джабуа, З., Туркадзе, Н., Гигинеишвили, А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2017
Назва видання:	Журнал физики и инженерии поверхности
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133454
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Приготовление тонких плёнок TmTe и их оптические, электрофизические и механические свойства / З. Джабуа, Н. Туркадзе, А. Гигинеишвили // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2017. — Т. 2, № 4. — С. 210-217. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-133454
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1334542018-05-29T03:03:01Z Приготовление тонких плёнок TmTe и их оптические, электрофизические и механические свойства Джабуа, З. Туркадзе, Н. Гигинеишвили, А. Разработана технология приготовления тонких кристаллических плёнок TmTe методом вакуумнотермического испарения из двух независимых источников — Tm и Te. При комнатной температуре в области энергии фотонов 0,6–3,9 эВ измерен спектр поглощения приготовленных плёнок. Выявлено, что спектр поглощения имеет сложный характер с четырьмя максимумами. В температурной области 95–500 К исследована температурная зависимость удельного электросопротивления, постояннной Холла и термо-ЭДС. Показано, что согласно измерениям постоянной Холла плёнки имеют n-тип проводимости, а согласно измерениям термо-ЭДС — p-тип проводимости. Методом полного истирания измерена относительная механическая прочность плёнок и установлено, что относительная механическая прочность плёнок зависит от материала подложки. Розроблено технологію приготування тонких кристалічних плівок TmTe методом вакуумно-термічного випаровування з двох незалежних джерел — Tm і Te. При кімнатній температурі в області енергії фотонів 0,6–3,9 еВ виміряно спектр поглинання виготовлених плівок. Виявлено, що спектр поглинання має складний характер з чотирма максимумами. У температурній області 95–500 К досліджена температурна залежність питомого електроопору, постйної Хола і термо-ЕРС. Показано, що відповідно до вимірів постійної Хола плівки мають n-тип провідності, а відповідно до вимірів термо-ЕРС — p-тип провідності. Методом повного стирання виміряна відносна механічна міцність плівок і встановлено, що відносна механічна міцність плівок залежить від матеріалу підкладки. A processes has been developed for grown of thin crystalline films by thermal evaporation using Tm and Te separate sources. At room temperature the optical spectra of absorption have been studied at photon energy 0.6–3.9 eV. Temperature defendences of specific resistance, Hall constants and thermo-EMF are measured in temperature area 95–500 К. It is shown that according to measurements of a constant of Hall of a film have conductivity n-type, and according to measurements a termo-EMF — conductivity p-type. The method of complete abrasion measured the relative mechanical durability of films. Researches showed that the relative mechanical durability of films depends on substrate material. 2017 Article Приготовление тонких плёнок TmTe и их оптические, электрофизические и механические свойства / З. Джабуа, Н. Туркадзе, А. Гигинеишвили // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2017. — Т. 2, № 4. — С. 210-217. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 2519-2485 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133454 541-67:661.863/888 ru Журнал физики и инженерии поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Разработана технология приготовления тонких кристаллических плёнок TmTe методом вакуумнотермического испарения из двух независимых источников — Tm и Te. При комнатной температуре в области энергии фотонов 0,6–3,9 эВ измерен спектр поглощения приготовленных плёнок. Выявлено, что спектр поглощения имеет сложный характер с четырьмя максимумами. В температурной области 95–500 К исследована температурная зависимость удельного электросопротивления, постояннной Холла и термо-ЭДС. Показано, что согласно измерениям постоянной Холла плёнки имеют n-тип проводимости, а согласно измерениям термо-ЭДС — p-тип проводимости. Методом полного истирания измерена относительная механическая прочность плёнок и установлено, что относительная механическая прочность плёнок зависит от материала подложки.
format	Article
author	Джабуа, З. Туркадзе, Н. Гигинеишвили, А.
spellingShingle	Джабуа, З. Туркадзе, Н. Гигинеишвили, А. Приготовление тонких плёнок TmTe и их оптические, электрофизические и механические свойства Журнал физики и инженерии поверхности
author_facet	Джабуа, З. Туркадзе, Н. Гигинеишвили, А.
author_sort	Джабуа, З.
title	Приготовление тонких плёнок TmTe и их оптические, электрофизические и механические свойства
title_short	Приготовление тонких плёнок TmTe и их оптические, электрофизические и механические свойства
title_full	Приготовление тонких плёнок TmTe и их оптические, электрофизические и механические свойства
title_fullStr	Приготовление тонких плёнок TmTe и их оптические, электрофизические и механические свойства
title_full_unstemmed	Приготовление тонких плёнок TmTe и их оптические, электрофизические и механические свойства
title_sort	приготовление тонких плёнок tmte и их оптические, электрофизические и механические свойства
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2017
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133454
citation_txt	Приготовление тонких плёнок TmTe и их оптические, электрофизические и механические свойства / З. Джабуа, Н. Туркадзе, А. Гигинеишвили // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2017. — Т. 2, № 4. — С. 210-217. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
series	Журнал физики и инженерии поверхности
work_keys_str_mv	AT džabuaz prigotovlenietonkihplënoktmteiihoptičeskieélektrofizičeskieimehaničeskiesvojstva AT turkadzen prigotovlenietonkihplënoktmteiihoptičeskieélektrofizičeskieimehaničeskiesvojstva AT gigineišvilia prigotovlenietonkihplënoktmteiihoptičeskieélektrofizičeskieimehaničeskiesvojstva
first_indexed	2025-07-09T19:00:03Z
last_indexed	2025-07-09T19:00:03Z
_version_	1837197016390696960
fulltext	210 Журнал фізики та інженерії поверхні, 2017, том 2, № 4, сс. 210–217; Журнал физики и инженерии поверхности, 2017, том 2, № 4, сс. 210–217; Journal of Surface Physics and Engineering, 2017, vol. 2, No. 4, pp. 210–217 © Джабуа З., Туркадзе Н., Гигинеишвили А., 2017 УДК 541-67:661.863/888 ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЁНОК TmTe И ИХ ОПТИЧЕСКИЕ, ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА З. Джабуа, Н. Туркадзе, А. Гигинеишвили Грузинский технический университет, Департамент инженерной физики, Тбилиси, Грузия Поступила в редакцию 29.12.2017 Разработана технология приготовления тонких кристаллических плёнок TmTe методом ваку- умно-термического испарения из двух независимых источников — Tm и Te. При комнатной температуре в области энергии фотонов 0,6–3,9 эВ измерен спектр поглощения приготовлен- ных плёнок. Выявлено, что спектр поглощения имеет сложный характер с четырьмя максиму- мами. В температурной области 95–500 К исследована температурная зависимость удельного электросопротивления, постояннной Холла и термо-ЭДС. Показано, что согласно измерениям постоянной Холла плёнки имеют n-тип проводимости, а согласно измерениям термо-ЭДС — p-тип проводимости. Методом полного истирания измерена относительная механическая прочность плёнок и установлено, что относительная механическая прочность плёнок зависит от материала подложки. Ключевые слова: тулия теллурид, термическое испарение, плёнка, оптическое поглощение, электросопротивление, постоянная Холла, термо-ЭДС, механическая прочность. ПРИГОТУВАННЯ ТОНКИХ ПЛІВОК TmTe І ЇХ ОПТИЧНІ, ЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ З. Джабуа, Н. Туркадзе, А. Гігінеішвілі Розроблено технологію приготування тонких кристалічних плівок TmTe методом вакуумно- термічного випаровування з двох незалежних джерел — Tm і Te. При кімнатній температурі в області енергії фотонів 0,6–3,9 еВ виміряно спектр поглинання виготовлених плівок. Вияв- лено, що спектр поглинання має складний характер з чотирма максимумами. У температурній області 95–500 К досліджена температурна залежність питомого електроопору, постйної Хола і термо-ЕРС. Показано, що відповідно до вимірів постійної Хола плівки мають n-тип провідності, а відповідно до вимірів термо-ЕРС — p-тип провідності. Методом повного сти- рання виміряна відносна механічна міцність плівок і встановлено, що відносна механічна міцність плівок залежить від матеріалу підкладки. Ключові слова: тулію телурид, термічне випаровування, плівка, оптичне поглинання, електроопір, постійна Хола, термо-ЕРС, механічна міцність. PREPARATION OF TmTe THIN FILMS AND THEIR OPTICAL, ELECTROPHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES Z. Jabua, N. Turkadze, A. Gigineishvili A processes has been developed for grown of thin crystalline films by thermal evaporation using Tm and Te separate sources. At room temperature the optical spectra of absorption have been studied at photon energy 0.6–3.9 eV. Temperature defendences of specific resistance, Hall constants and thermo-EMF are measured in temperature area 95–500 К. It is shown that according to measurements of a constant of Hall of a film have conductivity n-type, and according to measurements a termo- EMF — conductivity p-type. The method of complete abrasion measured the relative mechanical durability of films. Researches showed that the relative mechanical durability of films depends on substrate material. Keywords: thulium telluride, thermal evaporation, film, optical absorption, electrical resistance, Hall constant, thermo-EMF, mechanical durability. З. ДЖАБУА, Н. ТУРКАДЗЕ, А. ГИГИНЕИШВИЛИ 211ЖФІП ЖФИП JSPE, 2017, т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 ВВЕДЕНИЕ Соединения редкоземельных металлов (РЗМ) с элементами VI группы периодической системы привлекают внимание исследовате- лей своими интересными физическими свой- ствами [1–4]. Но не все соединения такого состава исследованы достаточно полно. Это особенно касается тонких плёнок. Известно, что часто свойства тонких плёнок отличают- ся от свойств объемного материала, поэтому разработка технологии приготовления тон- ких плёнок халькогенидов РЗМ и изучение их свойств является интересной задачей. К таким малоизученным соединениям отно- сится монотеллурид тулия. В данной рабо- те разработана технология приготовления тонких кристаллических плёнок TmTe на различных подложках, измерен спектр по- глощения, исследованы электрофизические и механические свойства приготовленных плёнок. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ Поликристаллические плёнки TmTe тол- щиной 0,6–1,9 мкм длиной 9 мм и шириной 5 мм приготовлены методом вакуумно-тер- мического испарения из двух независимых источников Tm и Te. Испарение компонен- тов проводили джоулевыми испарителями. В процессе напыления температуры испа- рителей Tm и Te соответственно равнялись ~1195 ± 10 K и ~790 ± 10 K. Расстояния от испарителей Tm и Te до подложки соо- тветственно были равны ~50 мм и ~40 мм. Угол наклона оси испарителя Tm по отно- шению к нормали поверхности подложки состовлял ~30°, а для Te ~ 35°. Скорость напыления плёнок была равна ~40–45 Å/с. В разных экспериментах температуру по- дложки меняли в преде лах 780–1150 K. В качестве исходных материалов служили тулий марки ТmМ-1 (суммарным содержа- нием контролируемых примемсей La, Ce, Nd ≤ 0,2 %, Fe ≤ 0,01 %, Ca ≤ 0,01 %, Cu ≤ 0,01 % Ta ≤ 0,02 % и теллур марки Т-сЧ с содержа- нием теллура 99,999 %. В качестве подложек использовали пластины прямоугольной формы с разме- рами 15 × 5 × 1 мм из ситалла, мнокрис- таллического кремния и сапфира. Фазовый состав и кристалличность плёнок определяли рентгеновским и электронографическими методами. Рентгенограммы снимались на установке ДРОН-4 при CuKα излучении с никелевым фильтром в режиме не пре- рывной записи со скоростью 0,5–1 град/мин. Идентификацию полученных рентгенограмм проводили путём их сравнения с штрихди- аграммами, построенными на основе рент- генодифрактограмм объемных кристаллов TmTe. Электронограммы снимали на уста- новке марки УЭМВ-100К «на отражение», при ускоряющем напряжении (75–100) кВ. Поверхность приготовленных плёнок снима- ли во вторичных рентгеновских лучах (уста- новка Camebax-Microbeam). Состав плёнок определяли рентгеновским микрозондовым анализом на той же установке с использова- нием ЭВМ PDP-11/73. Методом Оже-спек- трометрии на установке LAS-200 фирмы «Riber» определяли состав плёнок по толщи- не. Спектральная зависимость поглощения в области энергии фотонов 0,6–3,9 эВ иссле- дована на установке КСВУ-2. В области температур 95–500 К измерены температурные зависимости удельного электросопротивления, постоянной Холла и термо-ЭДС. Все измерения проводили на одной и той же серии однофазных плёнок толщиной 1,5 мкм, нанесенных на ситалло- вую подложку. Удельное электрическое со- противление измеряли компенсационным методом, постоянную Холла — при посто- янном магнитном поле напряженностью 16·105 А/м, а термо-ЭДС — абсолютным ме- тодом с поправкой на ЭДС меди. Точность измерения удельного электросопротивления и термо-ЭДС была не хуже 3–4 %, а постоян- ной Холла — 8–10 %. В последнее время большое внима- ние уделяется изучению механичес- ких свойств тонких плёнок соединений редкоземельных элементов, Это вызвано тем, что часто плёнки, имеющие интересные электрические, оптические и другие свой- ства, обладают низкими механическими свойствами, что значительно ограничивает их практическое применение в различных приборах. Существуют многие способы изучения механических свойств плёнок. Из них нами выбран метод полного истирания [5]. Сущность метода (рис. 1) заключается ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЁНОК TmTe И ИХ ОПТИЧЕСКИЕ, ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 212 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2017, т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 в том, что о механической прочности плёнки и о степени её прилипания к подложке можно судить по той работе, которую нужно за- тратить для того, чтобы полностью сте- реть плёнку с поверхности подложки. На исследуемую плёнку (2) опирает- ся стержень (6), на нижнем конце которо- го закреплён рабочий материал — кусок замши с нанесенной на нее алмазной пастой. На стержень кладётся груз определённого веса. Соответствующим механизмом (7, 8) стержень приводят в поступательное дви- жение взад и вперёд. Нагрузка на плёнку подбирается таким образом, что самая непрочная плёнка стирается с подлож- ки после нескольких десятков прохож- дений нагрузки (при увеличении числа прохождений ошибка эксперимента увеличи- вается). Таким образом, прочность плёнки при постоянной нагрузке практически изме- ряется числом прохождений, которые требуются для полного истирания плёнки с подложки. Поскольку для описанной ме- тодики решающим фактором является толщина плёнки, все исследуемые нами плёнки имели одинаковую толщину — 0,9 мкм, а на- грузка также была одинаковая и составляла 230 г. Точность измерения относительной ме- ханической прочности составляет 10–12 %. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Опыты показали, что оптимальной темпера- турой подложки является 1100 K. При тем- пературах ниже оптимальной верхние слои плёнок содержали металлические включе- ния в виде атомов тулия. При температурах выше 1100 K плёнки были двухфазными: поверхностные слои представляли фазу со- става Tm2Te3, а нижние собственно — TmTe. Только при температуре подложки 1100 K плёнки были однофазными состава TmTe. Согласно данным рентгенодифракометри- ческого анализа плёнки имели кристалли- ческую структуру типа NaCl с параметром решётки a = 6,03 Å, что хорошо согласуется с литературными данными для объемных образцов TmTe [6]. Согласно данным рент- геновского микроанализа пленки содер- жат 50,1 ± 0,2 ат. % Tm и 49,1 ± 0,2 ат. % Te и по снимкам поверхности плёнки, снятых во вторичных рентгеновских лучах, Tm и Te распределены достаточно равномерно. Оже-спектральный анализ показал, что со- став пленок по толщине в пределах ошибки эксперимента (± 3 ат. %) не изменяется. На рис. 2 представлен типичный спектр поглощения плёнок монотеллурида тулия, снятый при комнатной температуре. Из ри- сунка видно, что спектр имеет четыре хоро- шо выраженных максимума с энергией 1,25; 2,15; 2,76 и 3,51 эВ. Схема зонного строения монотеллури- да тулия не известна. Если воспользуемся методикой, применённой в работе [7] для анализа монохалькогенидов самария, кото- рая основывается на схеме, разработанной Метфесселем [8] для монохалькогенида ев- ропия, и спектром поглощения кристаллов 8 2 9 7 8 3 4 5 6 1 Рис. 1. Схема установки для исследования относительной механической прочности плёнок методом полного истирания: 1 — массивная плита; 2 — исследуемая плёнка; 3 — стойка; 4 — пружина; 5 — диск; 6 — стержень; 7 — электродвигатель; 8 — электрические щупальца; 9 — блок электропита- ния 9,6 7,2 α, 1 04 с м –1 4,8 2,4 0 1 2 hω эВ 3 4 E4 E3 E2 E1 Рис. 2. Спектр поглощения плёнки TmTe З. ДЖАБУА, Н. ТУРКАДЗЕ, А. ГИГИНЕИШВИЛИ 213ЖФІП ЖФИП JSPE, 2017, т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 CaF2 и SrCl, в которые в качестве примеси введён двухвалентный ион самария [9, 10], можно предположить, что край поглощения и первый максимум связаны с переходом 4f электронов в нижнюю подзону 5d(t2g), ко- торая имеет два максимума плотности со- стояния, а полоса с максимумом энергии E3 связана с переходом электронов на верхнюю подзону 5d(eg), которая, в свою очередь, имеет также два максимума плотности со- стояний из-за спин-орбитального рассечения. Существует иная интерпретация спектра по- глощения SmX [11]. Полный гамильтониан для возбуждённого состояния двухвалентно- го иона самария 4f55d записывается так: H = H(0) + HКП(d) + HЭО(f) + HСО(f) + HЭО(f, d) + HСО(d) + HКП(f), где HКП, HЭО, HСО в гамиль- тониане обозначают соответственно вклад пар взаимодействя кристаллического поля, электростатического отталкивания и спин- орбитального взаимодействия. Если прене- бречь последними тремя членами, в первом приближении также можно пренебречь чле- ном HСО(f) поскольку спин-орбитальная связь f электронов слаба [11]. Кулоновское взаимо- действие частично объясняет перерождение 4f5 кулоновского взаимодействия, создавая секстеты 6H, 6F, 6P. На рис. 3. приведена схема расположения энергетических уровней двухвалентного иона самария в монохалько- генидах самария. Учитывая всё это спектры поглощения TmTe можно интерпретировать следующи- ми электронными переходами из основного 4f6(7F0) состояния: E1 — 4f6(6H)5d(t2g), E2 — 4f5(6F)5d(t2g), E3 — 4f5(6H)5d(eg), E4 — 4f5(6F)5d(eg). В интервале температур 95–500 K изучены температурные за- висимости постоянной Холла, удельно- го электросопротивления и термо-ЭДС (рис. 4–6). Все измерения проведены на одних и те же однофазных плёнках соста- ва TmTe, приготовленных на сапфировой подложке. Постоянная Холла измерена на постоянном электрическом токе и при по- стоянном магнитном поле напряженностью 20000 Эрстед, а удельное электро сопро- тивление — компенсационным методом. Термо-ЭДС измерена абсолютным методом с внесением поправки на термо-ЭДС меди. Точность измерения постояннной Холла была не меньше 8–10 %, удельного электросопртивлегия — 4–5 %, а термо- ЭДС — 5–6 %. Опыты показали, что знак постоянной Холла соответствует n-типу проводимости и ее величина с температурой не изменяется (рис. 4), что говорит о том, что с изменением E5 E4 E3 E2 E1 4f6(7F0) 4f5(6H)5d(t2g) 4f5(6F)5d(t2g) 4f5(6p)5d(t2g) 4f5(6H)5d(eg) 4f5(6F)5d(eg) Рис. 3. Схема расположения энергетических уровней иона Sm+2 в монохалькогенидах R , 1 0–3 , с м 3 /К ул 2 1 0 100 200 300 400 500 Т, К Рис. 4. Зависимость постоянной Холла от температуры плёнки TmTe ρ, 1 0–4 О м ∙с м 10 5 0 100 200 300 400 500 Т, К Рис. 5. Зависимость удельного электросопротивления от температуры плёнки TmTe α, м кВ /К 3 2 1 0 100 200 300 400 500 Т, К Рис. 6. Зависимость термо-ЭДС от температуры плёнки TmTe ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЁНОК TmTe И ИХ ОПТИЧЕСКИЕ, ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 214 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2017, т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 температуры концентрация электронов не изменяется. Из рис. 5 видно, что удель- ное электросопротивление с температу- рой почти линейно увеличивается. Всё это свидетельствует о том, что при описании трёхвалентных теллуридов может быть ис- пользована модель одновалентного металла. Термо-ЭДС плёнок TmTe имеет по- ложительный знак и её зависимость от температуры носит сложный характер (рис. 6). На основе измеренных данных постоян- ной Холла и удельного электросопротивления вычислены температурные зависимости концентрации и подвижности электронов (рис. 7, 8). Как видно из рисунков, концентрация электронов составляет порядка 1022 см–2 и она почти не изменяется, а подвижность электронов с увеличением температуры уменьшается. Термо-ЭДС с увеличением температуры сначала увеличивается, а потом уменьша- ется, как было отмечено выше, и имеет положительный знак. Нужно отметить, что термо-ЭДС явля- ется самым чувствительным кинетическим параметром электрических свойств матери- ала. Как известно, для однозонных металлов с одним типом носителей заряда термо-ЭДС можно записать так:  2 2 0 l 3 T nk e           , где e — заряд электрона, T — абсолютная температура, σ — электропроводность. Из теории известно, что для вычисления электропроводности нужно знать харак- тер измения σ (ε) в зависимости от поло- жения уровня Ферми, после этого следует вычислить производную σ (ε) по ε для ε = ζ, где ζ — фиктивный уровень Ферми. В этом случае величина σ (ε) зависит как от из- менения знака носителей заряда, так и от длины свободного пробега в зависимости от квазиимпульса: 2 2 0 3 Tk ln lnS e            , где S — площадь поверхности Ферми. Таким образом, термо-ЭДС является сум- мой двух членов: первый из них зависит от рассеяния носителей заряда, а второй — от особенности строения зоны Бриллюэна. Ком- бинация этих двух факторов определяет знак носителей заряда. Известно, что термо-ЭДС таких одновалентных металлов, какими явля- ются Cu, Ag, Au и др. имеет положительный знак, в то время как постоянная Холла имеет отрицательный знак [7]. Такой же эффект на- блюдается и для TbS [12]. С другой стороны, в работе [13] отмечено, что и для модели свободных электронов λ(ε) может иметь отрицательный знак в члене ln   , или положительный знак термо-ЭДС. Таким образом, можно заключить, что пове- дение трёхвалентного иона РЗМ в монохаль- когенидах не противоречит модели, принятой для одновалентных металлов. В табл. 1 приведены результаты исследо- вания относительной механической прочнос- ти плёнок TmTe. Как видно из табл. 1, относительная ме- ханическая прочность плёнок, напыленных на ситалловой и сапфировой подложках, в п р ед е л а х о ш и б к и э кс п е р и м е н т а n, 1 022 , с м –3 1,0 0,5 0 100 200 300 400 500 Т, К Рис. 7. Зависимость концентрации электронов от темпе- ратуры плёнки TmTe μ, с м 2 /В с 20 10 0 100 200 300 400 500 Т, К Рис. 8. Зависимость подвижности электронов от темпе- ратуры плёнки TmTe З. ДЖАБУА, Н. ТУРКАДЗЕ, А. ГИГИНЕИШВИЛИ 215ЖФІП ЖФИП JSPE, 2017, т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 совпадают, а относительная механическая прочность плёнок, напыленных на мо- нокристаллической подложке кремния, ниже. Этот факт может быть связан с тем, что коэффициент теплового расширения си- талла и сапфира ближе к коэффициенту те- плового расширения TmTe, а коэффициент теплового расширения монокристал- лического кремния резко отличается от коэффициента теплового расширения TmTe, как это видно из табл. 2. Чем боль- ше разность коэффициентов теплового рас- ширения подложки и плёнки, тем большее механическое напряжение возникает в плёнке, что в конечном счёте уменьшает механическую прочность. Это хорошо согласуется с данными, полученными в работе [16] для пленок Tm2S2 на подложках из монокристаллическо- го кремния, ситалла и сапфира. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Разработана методика синтеза тонких по- ликристаллических плёнок монотеллурида тулия на различных подложках (монокрис- таллический кремний, ситалл, сапфир) ме- тодом вакуумно-термического испарения из двух независимых источников — тулия и теллура. При температуре 300 К в области энергии фотонов 0,6–3,9 эВ измерен спектр поглощения приготовленных плёнок. Пока- зано, что спектр поглощения имеет четыре хорошо выявленных максимума. Приведе- на возможная интерпретация полученного спектра. В широкой температурной области 95–500 К измерены температурные зави- симости коэффициента Холла, удельного электросопротивления и термо-ЭДС. Обнару- жено, что согласно измерениям постоянной Холла плёнки имеют n-тип проводимости, Таблица 1 Относительная механическая прочность плёнки TmTe Число проходов для полного истирания пленки на различных подложках Монокристаллический кремний Ситалл Сапфир 42–47 68–76 71–78 Таблица 2 Значения коэффициентов теплового расширения Соединение Коэффициент теплового расширения α 10–6 град–1 Среднее значение для температурного интервала, К Литература TmTe 6,96 300–660 [14] Кремний 2,54 300–1050 [15] Ситалл 4,1 298–573 [15] Лейкосапфир 8,1 298–573 [15] ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЁНОК TmTe И ИХ ОПТИЧЕСКИЕ, ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 216 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2017, т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 а согласно измерениям терм-ЭДС — p-тип проводимости. Приводится объяснение т а ко го р а с хож д е н и я п о а н а л о г и и с одновалентными металлами Cu, Ag, Au и TbS. Методом полного истирания измере- на относительная механическая прочность плёнок. Исследования показали, что отно- сительная механическая прочность плёнок зависит от материала подложки и увеличи- вается в следующей последовательности: монокристаллический кремний – ситалл – сапфир. Приводится возможный механизм такой зависимости. ЛИТЕРАТУРА 1. Ярембаш Е. И., Елисеев А. А. Халькогениды редкоземельных элементов. — М.: «Наука», 1975. — 258 с. 2. Gasgnier M. Rare Earth Compounds (Oxides, Sulfides, Silicides, Boron,..) as Thin Films and Crystalls // Phys. Status Solidi A. — 1989. — Vol. 114, № 11. — P. 11–71. 3. Сидоров В. А., Степанов Н. Н., Хвости- ков О. Б., Циок А. В., Голубков В. С., Оскот- ский В. С., Смирнов И. А. Исследование электросопротивления и термоэдс моно- теллурида самария в диапазоне давления до 12 ГПа // ФТТ. — 2001. — Т. 29, № 9. — С. 2616–2621. 4. Митаров Р. Г., Теплофизические свойства хальгогенидов редкоземельных элементов переменного состава: диссертация на соис- кание учёной степени доктора физико-ма- тематических наук. — Махачкала, 2002. — 235 с. 5. Джабуа З. У., Гигинеишвили А. В., Илурид- зе Г. Н., Минашвили Т. А., Купреишвили И. Приготовление и механические свой- ства плёнок GdSb // Физико-химические основы формирования и модификации микро- и наноструктур: материалы пятой международнoй конференции. — Харьков, 2011. — Т. 1. — С. 32–35. 6. Ярембаш Е. И., Елисеев А. А. Халькогениды редкоземельных элементов. — М.: «Наука», 1975. — 258 с. 7. Голубков А. В., Гончарова Е. В., Жузе В. П., Логинов Г. М., Сергеева В. М., Смир- нов И.А. Физические свойства халькогени- дов редкоземельных элементов. — Л.: «На- ука», 1973. — 304 с. 8. Methfessel S., Holtzberg F., McGuire T. R. Electronic structure of REE monohalcogenides // IEEE Trans. Magnetics. Mag. 2. — 1996. — P. 305–310. 9. Каплянскй А. А., Феофилов П. П. Опт. и спектр. Спектр поглощения иона самария в CaF2. — 1992. — Т. 13. — C. 129–134. 10. Сергеева В. М., Внешний фотоэффект с по- лупроводников и диэлектриков. — М.: «На- ука», 1997. — 157 с. 11. Голубков А. В., Гончарова Е. В., Жузе В. П., Логинов Г. М., Сергеева В. М.. Смир- нов И. А. Физические свойства халькогени- дов редкоземельных элементов. — Л.,: «На- ука», 1073. — 260 с. 12. Jabua Z. U., Kupreishvili I. L., Gigine- ishvili A. V. Preparation and electrical and optical properties of TbS Films // Inorganic Materials. — 2014. — Vol. 50, No. 4, P. 330– 333. 13. Robinson J. E. Thermoelectrisity in some metals // Phys. Rev. — 1986. — Vol. 161. — P. 533–536, 14. Абдусалямова М. Н., Рахматов О. И. Тер- мическое расширение TmSb, TmTe и их твердых растворов TmSb1 – xTex // Теплофи- зика Высоких Температур (ТВТ). — 2002. — Т. 40, вып. 4. — С. 683–684. 15. Новикова С. И. Тепловое расширение твёр- дых тел. — Москва: «Наука», 1974. — 292 с. 16. Jabua Z., Teteloshvili M., Gigineishvili A., Illuridze G., Minashvili T., Davitadze K. Production of thulium sesquisulfide thin films by discrete evaporation and their mechanical properties // International Conference. Nanosensory systems and nanomaterials. Programe & Abstracts. — Tbilisi, 2013. — 74 p. REFERENCES 1. Yarembash E. I., Eliseev A. A. Hal’kogenidy redkozemel’nyh elementov. — M.: «Nauka», 1975. — 258 p. 2. Gasgnier M. Rare Earth Compounds (Oxides, Sulfides, Silicides, Boron,..) as Thin Films and Crystalls // Phys. Status Solidi A. — 1989. — Vol. 114, No. 11. — P. 11–71. 3. Sidorov V. A., Stepanov N. N., Hvostikov O. B., Ciok A. V., Golubkov V. S., Oskot skij V. S., Smirnov I. A. Issledovanie elektrosoprotivleniya З. ДЖАБУА, Н. ТУРКАДЗЕ, А. ГИГИНЕИШВИЛИ 217ЖФІП ЖФИП JSPE, 2017, т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 i termoeds monotellurida samariya v diapazone davleniya do 12 GPa // FTT. — 2001. — Vol. 29, No. 9. — P. 2616–2621. 4. Mitarov R. G., Teplofizicheskie svojstva hal’go genidov redkozemel’nyh elementov peremennogo sostava: dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni doktora fiziko-matematiches- kih nauk. — Mahachkala, 2002. — 235 p. 5. Dzhabua Z. U., Gigineishvili A. V., Ilu- ridze G. N., Minashvili T. A., Kupreishvili I. Prigotovlenie i mehanicheskie svojstva plenok GdSb // Fiziko-himicheskie osnovy formirovaniya i modifikacii mikro- i nano- struktur: materialy pyatoj mezhdunarodnoj konferencii. — Har’kov, 2011. — Vol. 1. — P. 32–35. 6. Yarembash E. I., Eliseev A. A. Hal’kogenidy redkozemel’nyh elementov. — M.: «Nauka», 1975. — 258 p. 7. Golubkov A. V., Goncharova E. V., Zhuze V. P., Loginov G. M., Sergeeva V. M., Smirnov I. A. Fizicheskie svojstva hal’kogenidov redko- zemel’nyh elementov. — L.: «Nauka», 1973. — 304 p. 8. Methfessel S., Holtzberg F., McGuire T. R. Electronic structure of REE monohalcogenides // IEEE Trans. Magnetics. Mag. 2. — 1996. — P. 305–310. 9. Kaplyanskj A. A., Feofilov P. P. Opt. i spektr. Spektr pogloscheniya iona samariya v CaF2. — 1992. — Vol. 13. — P. 129–134. 10. Sergeeva V. M., Vneshnij fotoeffekt s poluprovodnikov i dielektrikov. — M.: «Nauka», 1997. — 157 p. 11. Golubkov A. V., Goncharova E. V., Zhuze V. P., Loginov G. M., Sergeeva V. M.. Smirnov I. A. Fizicheskie svojstva hal’kogenidov redko- zemel’nyh elementov. — L.,: «Nauka», 1073. — 260 p. 12. Jabua Z. U., Kupreishvili I. L., Gigine- ishvili A. V. Preparation and electrical and optical properties of TbS Films // Inorganic Materials. — 2014. — Vol. 50, No. 4, P. 330– 333. 13. Robinson J. E. Thermoelectrisity in some metals // Phys. Rev. — 1986. — Vol. 161. — P. 533–536. 14. Abdusalyamova M. N., Rahmatov O. I. Termi- cheskoe rasshirenie TmSb, TmTe i ih tverdyh rastvorov TmSb1 – xTex // Teplofizika Vysokih Temperatur (TVT). — 2002. — Vol. 40, vyp. 4. — P. 683–684. 15. Novikova S. I. Teplovoe rasshirenie tverdyh tel. — Moskva: «Nauka», 1974. — 292 p. 16. Jabua Z., Teteloshvili M., Gigineishvili A., Illuridze G., Minashvili T., Davitadze K. Production of thulium sesquisulfide thin films by discrete evaporation and their mechanical properties // International Conference. Na- nosensory systems and nanomaterials. Programe & Abstracts. — Tbilisi, 2013. — 74 p.

Приготовление тонких плёнок TmTe и их оптические, электрофизические и механические свойства

Репозитарії

Схожі ресурси