vestnik Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation 1729-5459 Кубанский государственный университет RU 939 10.31429/vestnik-18-1-55-62 Научная статья Original article Физика Physics Особенности поведения удельного сопротивления в тонких пленках висмута, легированного теллуром Behavior peculiarities of resistivity in thin films of bismuth doped with tellurium Матвеев Д.Ю. Матвеев Даниил Юрьевич Matveev Daniyl Yu. danila200586@mail.ru

канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры общей физики Астраханского государственного университета

 Кухалов А.Ю. Кухалов Айдар Юсупович Kukhalov Aydar Yu. 9275550200@mail.ru

студент магистратуры факультета физики, математики и инженерных технологий Астраханского государственного университета

 Астраханский государственный университет, АстраханьAstrakhan State University, Astrakhan 30 03 2021 18 1 55 62 24 02 2021 12 03 2021 30 03 2021 Copyright (c) 2021 Матвеев Д.Ю., Кухалов А.Ю. 2021 Матвеев Д.Ю., Кухалов А.Ю. Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

In this article, the results of complex experimental investigation of the temperature dependences of the resistivity in thin tellurium-doped bismuth films in the impurity range of 0.005-0.15 at. %, thicknesses range of 0.06-1.1 μm and in the temperature range of 77-300 K are presented. A shift of the characteristic minimum towards high temperatures for films Bi99,995Te0,005 and Bi99,99Te0,01 was discovered on the temperature dependence of the resistivity due to the decrease in the mean free path of charge carriers. The saturation on the temperature dependence of the resistivity at temperatures below 125 K for films Bi99,95Te0,05 was discovered, but for films Bi99,9Te0,1 a characteristic maximum was observed on the temperature dependence, which shifts to high temperatures with increasing film thickness. The behavior of the temperature dependence of the resistivity of these films is due to the contribution of both L-electrons in the conduction band and T-holes in the valence band in the framework of the two-band model. The characteristic "metallic form" of the temperature dependence of the resistivity of Bi99,85Te0,15 films and single crystals is associated with the predominant contribution of the one-band model of L-electrons to the values of the resistivity coefficients. The results obtained can be widely used for the manufacture of thin-film bolometers, the temperature coefficient of resistance (TCR) of which can be significantly improved by appropriate doping with donor impurities, such as the tellurium.

В работе проведены комплексные исследования температурных зависимостей удельного сопротивления тонких пленок висмута, легированного теллуром, в диапазоне концентраций теллура 0,005-0,15 ат. % и толщин 0,06-1,1 мкм в интервале температур 77-300 К. Все пленки были изготовлены методом дискретного вакуумного термического испарения на подложки из слюды при глубине вакуума 1,5·10-5 мм.рт.ст. Концентрация примеси теллура в пленках считалась равной концентрации его в монокристаллах. Результаты исследований показали, что с увеличением примеси теллура вплоть до 0,15 ат. % поведение удельного сопротивления во всем температурном интервале будет объясняться в рамках однозонной модели с L-электронами зоны проводимости, в отличие от пленок с содержанием теллура менее 0,15 ат. %, где заметный вклад вносят T-дырки валентной зоны в рамках двухзонной модели.

 висмут теллур примесь легирование тонкие пленки удельное сопротивление магнитное поле bismuth tellurium impurity alloying thin films resistivity magnetic field Sharma A., Tripathi J., Kumar Y., Chandrawat G.S., Bisen R., Tripathi S. Effect of annealing on magnetic and structural properties of FeNi thin films // Journal of nano-and electronic physics. 2020. Vol. 12. Iss. 2. P. 02040 (4 pp). DOI: 10.21272/jnep.12(2).02040 Грабов В.М., Герега В.А., Демидов Е.В., Старицын М.В., Суслов А.В., Суслов М.В., Комаров В.А. Атомно-силовая микроскопия и электрические свойства монокристаллических пленок висмута // Журнал Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2020. № 9. С. 55–60. DOI: 10.31857/S1028096020090058 . Journal of surface investigation: X-ray, synchrotron and neutron techniques, 2020, iss. 14, pp. 913–917. DOI: 10.1134/S1027451020050055 (In Russian)] Суслов М.В., Грабов В.М., Комаров В.А., Демидов Е.В., Сенкевич С.В., Суслов А.В. Термоэдс тонких пленок Bi1-xSbx (0 ≤ x ≤ 0,15) на подложках из слюды и полиимида в температурном интервале 77–300 K // Физика и техника полупроводников. 2019. Т. 53. № 5. С. 593–596. DOI: 10.21883/FTP.2019.05.47544.02 . Semiconductors, 2019, vol. 53, iss. 5. pp. 589–592. DOI: 10.1134/S1063782619050257 (In Russian)] Грабов В.М., Демидов Е.В., Комаров В.А., Матвеев Д.Ю. Николаева А.А., Маркушевс Д, Константинов Е.В., Константинова Е.Е. Размерный эффект в гальваномагнитных явлениях плёнок висмута, легированного теллуром // Физика и техника полупроводников. 2014. Т. 48. № 5. С. 648–653. DOI: 10.1134/S106378261405008X . Semiconductors, 2020, vol. 48, no. 5, pp. 630–635. DOI: 10.1134/S106378261405008X (In Russian)] Грабов В.М., Комаров В.А., Демидов Е.В., Климантов М.М. Явления переноса в монокристаллических пленках висмута // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. 2010. № 122. С. 22–31. . Izvestiya Rossiyskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. A.I. Gertsena , 2010, no. 122, pp. 22–31. (In Russian)] Грабов В.М., Демидов, Е.В, Комаров В.А. Ограничение подвижности носителей заряда в плёнках висмута, обусловленное их блочной структурой // Журнал Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2011. № 2. С. 81–85. . Journal of surface investigation: X-ray, synchrotron and neutron techniques, 2011, iss. 5, pp. 177–181. DOI: 10.1134/S1027451011020108 (In Russian)] Исмаилов Т.А., Мустафаев А.Г., Рамазанова Д.К., Сулин А.Б. Термоэлектрические полупроводниковые преобразователи энергии для выпрямления переменного напряжения // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2014. № 3 (34) C. 82–87. . Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki , 2014, no. 3 (34), pp. 82–87. (In Russian)] Орлова Д.С., Рогачева Е.И. Гальваномагнитные свойства тонких пленок висмута, легированного теллуром // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. 2009. Т. 7. № 2. C. 487–493. . Nanosistemy, nanomaterialy, nanotekhnologii , 2009, vol. 7, no. 2, pp. 487–493.] Schnelle W. Electrical and galvanomagnetic properties of undoped and doped polycrystalline bismuth films. I. Preparation and experimental characterization // Phys. Stat. Sol. A. 1989. Vol. 115. Iss. 2. P. 505–513. DOI: 10.1002/pssa.2211150218 Matveev D.Yu., Starov D.V. The concentration measurements of tellurium donor impurity in lamellar bismuth samples by the time-of-flight mass spectrometry method // Journal of nano-and electronic physics. 2019. Vol. 11. Iss. 2. P. 02017 (4 pp). DOI: 10.21272/jnep.11(2).02017 Грабов В.М., Демидов Е.В., Комаров В.А., Климантов М.М., Матвеев Д.Ю., Слепнев С.В., Усынин Е.В., Христич Е.Е., Константинов Е.В. Особенности структуры плёнок висмута, полученных методом термического испарения в вакууме // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. Естественные и точные науки: Научный журнал. 2009. № 95. С. 105–120. . Izvestiya Rossiyskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. A.I. Gertsena. Yestestvennyye i tochnyye nauki: Nauchnyy zhurnal , 2009, no. 95, pp. 105–120. (In Russian)] Матвеев Д.Ю., Влияние магнитного поля на гальваномагнитные коэффициенты пленок висмута, легированного теллуром // Международный научно-практический журнал "Эпоха науки". 2018. № 16. С. 352–360. DOI: 10.24411/2409-3203-2018-11684 . Mezhdunarodnyy nauchno-prakticheskiy zhurnal "Epokha nauki" , 2018, no. 16, pp. 352–360. DOI: 10.24411/2409-3203-2018-11684 (In Russian)]