Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Własności elektronowe amorficznych stopów Si/Me:H w pobliżu przejścia izolator-metal Gęste pary metali (wzrost gęstości -> I-M) niemetale poddane wysokiemu.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Własności elektronowe amorficznych stopów Si/Me:H w pobliżu przejścia izolator-metal Gęste pary metali (wzrost gęstości -> I-M) niemetale poddane wysokiemu."— Zapis prezentacji:

1 Własności elektronowe amorficznych stopów Si/Me:H w pobliżu przejścia izolator-metal Gęste pary metali (wzrost gęstości -> I-M) niemetale poddane wysokiemu ciśnieniu -> I-M Cs-CsH (wzrost ciśnienia wodoru (T>T c ) -> M-I) Półprzewodnik+metal (wzrost zaw. metalu -> I-M) 1

2 Literatura [1] Dammer et al., Effect of hydrogenation on the electronic properies of amorphous silicon-nickel alloys near the metal-insulator transition, J.Non-Cryst.Sol. (1993) [2] Bayliss et al., OJDOS evidence for semiconductor-to-metal transition in a-Si 1-y Ni y :H, J.Phys.Cond.Mat. (1991) [3] Wright et al., J.Non-Cryst.Sol., Magnetoresistance and Hall effect in amorphous silicon-tantalum alloys near the metal-insulator transition, J.Non-Cryst.Sol. (1998) [4] Wright et al., Effect of hydrogenation on optical and electrical propeties of amorpous silicon-tantalum alloys near the metal-insulator transition, J.Phys.Cond. Mat., (1996) [5] Nishida et.al., Transport properties of amorphous Si 1-x Au x : metal-insulator transition and superconductivity, J. Non-Cryst. Sol., (1983) [6] Tanaka et al., Electronic structure and metal-insulator transition in amorphous Pd-Si films, J. Phys. Soc. Jap., (1995) [7] Popescu et al., Optical properties of sputtered hydrogeated amorphous carbon, J.Non-Cryst.Sol., (2000) [8] N.F. Mott, Metal-Insulator Transition,

3 struktura pasmowa izolatora/półprzewodnika Izolator (krzem) – duża przerwa energetyczna pasmo walencyjne zapełnione, pasmo przewodnictwa puste ~ exp(- g /kT) = 0 Półprzewodnik (domieszkowany krzem) – stany elektronowe domieszki w pobliżu wierzchołka pasma walencyjnego (s. akceptorowe, pp typu p) EgEg E1E1 E2E2 Wzrost stężenia domieszki -> -> wzrost koncentracji elektronów wzbudzonych: * z poziomu domieszki-donora do pasma przewodnictwa, lub * z pasma walencyjnego do poziomu domieszki-akceptora -> wzrost przewodnictwa elektrycznego lub dna pasma przewodnictwa (s. donorowe, typ n) E 1, E 2 << E g n,p ~ exp(-E 1,2 /kT) 3

4 Zlokalizowane stany związane położone w przerwie energetycznej Przewodzenie prądu poprzez hopping – przeskoki elektronów pomiędzy zlokalizowanymi stanami sąsiednich atomów metalu = 0 exp[-(T o /T) x ], x ~ ¼ lub x ~ ½ (w zależności od subtelności strukt. elektron.) Wzrost koncentracji domieszek: -> spadek odległości pomiędzy atomami domieszki -> łatwiejsze przeskoki -> wzrost przewodnictwa zapełnione puste 4

5 model Motta [8] Poszerzony zlokalizowany stan domieszki poniżej dna pasma przewodnictwa Stan domieszki zapełniony w połowie -> oddziaływanie elektronów -> rozszczepienie (stany Hubbarda) Górny poziom nakłada się na pasmo przewodnictwa Zakreskowane stany zlokalizowane. - wzrost nakładania się stanów Hubbarda ze wzrostem stężenia domieszki - zanik lokalizacji -> Przejście izolator-metal (poziom Fermiego w obrębie stanów niezlokalizowanych) 5

6 przejście typu izolator-metal wygenerować można: dodając dostatecznie dużo pierwiastka metalicznego do izolatora, np. Ni, Ta, Au, Pd do krzemu a także, w przypadku niektórych substancji, m.in. poddając je działaniu: ciśnienia lub jednoosiowego naprężenia pola magnetycznego 6

7 Preparatyka cienkich, amorficznych warstw Si/Me:H –bombardowanie gazem (Ar lub mieszaniną Ar+H 2 ) warstwy krzemu z naniesionym na niej metalem (Si+52%Ni [1,2],+38%Ta [4]). –odparowywanie, przy pomocy działka elektronowego, stopu Si/Me na podłoże krzemowe lub szklane w temperaturze pokojowej, w atmosferze Ar albo mieszaniny Ar (90%) i wodoru (10%) (Si+42%Au [5]). –bombardowanie stopu jonami argonu, z osadzaniem atomów stopu na podłożu krzemowym (Si+91%Pd [6]). Własności/parametry warstw: Grubość– do kilku m, Skład – analiza dyssypacji energii, EDAX [1,6]; – fluoroscencyjna spektroskopia rentgenowska XFS [2] Amorficzność – TEM [1] 7

8 Widmo rentgenowskie stopów Pd x Si 100-x Pd Si Pd 2 Si [6] warstwy amorficzne 8

9 metodyki pomiarowe przewodnictwo elektryczne [1,4] magnetoopór [3] pomiary optyczne [2,4] wspólczynnik odbicia transmisja efekt Halla [3] … 9

10 Współczynnik odbicia światła stopów SiNi:H [2] 10

11 Wielkość przerwy optycznej w SiTa i SiTa:H w zależności od zawartości tantalu [4] W obecności wodoru potrzeba więcej tantalu, aby przeprowadzić stop do stanu metalicznego 11

12 Magnetoopór stopów SiTa i SiTa:H jako funkcja pola magnetycznego, 300 K [3] Ujemny, y < 0.2 Dodatni, y > 0.2 Si 1-y Ta y Si 1-y Ta y :H Po przekroczeniu ~20% Ta: Zmiana znaku magnetooporu 100x wzrost koncentracji nośników (dziur) Dodatni efekt Halla – tantal akceptorem Wpływ wodoru niewielki 12

13 Temperaturowa zależność oporności elektrycznej stopów Pd-Si Si Pd [6] 13

14 Gęstość stanów (DOS) Si Pd [6] Poziom Fermiego Przewodnictwo elektryczne Stopy pallad-krzem przejście I-M 12% Pd DOS: wzrostowi gęstości stanów na poziomie Fermiego towarzyszy wzrost Gwałtowny wzrost DOS. powyżej 12% Pd M-I Auger ES: Si-Si wiązanie kowalencyjne 41% Pd metal półprzewodnik 14

15 Temperaturowa zależność przewodnictwa elektrycznego amorficznych stopów Si 1-y Ta y i Si 1-y Ta y :H SiTa SiTa:H [4] y c ~ 0.16 y c ~ 0.18 Przy obecności wodoru potrzeba więcej tantalu dla uzyskania stanu metalicznego 15

16 Przewodnictwo elektryczne stopów SiTa i SiTa:H w 20 K jako funkcja składu stopu [4] Obecność wodoru powoduje zmniejszenie przewodnictwa elektrycznego 16

17 stopy Si 1-x Au x i Si 1-x Au x :H [5] x > x c x=0.42 Przewodnictwo elektryczne (0 K) temperatura przejścia w stan nadprzewodzący x=0.141 x=0.18 (x c =0.14) 17

18 Temperaturowa zależność przewodnictwa elektrycznego amorficznych stopów SiNi i SiNi:H cm Teoria (obszar niemetaliczny): = 0 exp[-(T o /T) x ], x ~ ¼ lub x ~ ½ eksperyment: SiNi:Hx ~ 0.47 SiNix ~ [1] Wzrost przewodnictwa elektrycznego ze wzrostem temperatury o kilka rzędów wielkości, w stopach o zawartości niklu poniżej ok. 20 % - zachowanie typowe dla półprzewodników, tu z mechanizmem hopping – przeskoki elektronów pomiędzy zlokalizowanymi stanami atomów niklu, położonymi w przerwie energetycznej pomiędzy pasmem walencyjnym a pasmem przewodnictwa krzemu [1,4,6] 18

19 Temperaturowa zależność przewodnictwa elektrycznego amorficznych stopów SiNi i SiNi:H cm stopach o wyższej zawartości metalu: stosunkowo niewielkie zmiany przewodnictwa ze wzrostem temperatury zachowanie typowe dla metali [1] 19

20 Obszar metaliczny = (0) + aT w + bT z, teoria: w ~1/2 (oddziaływanie elektron-elektron) w ~ 1/3 (w pobliżu przejścia do stanu metalicznego) z ~ 1 (niesprężyste rozpraszanie elektron-fonon) z ~ 2 (niesprężyste rozpraszanie elektron-elektron) eksperyment: SiNi50:H w=0.5 i z=2 SiNi29:H w=0.15 i z=0 SiNi31 w=0.5 [1] 20

21 Przewodnictwo elektryczne SiNi i SiNi:H w temperaturze 10 K SiNi SiNi:H W obecności wodoru potrzeba o 7% więcej niklu, aby przeprowadzić stop w stan metaliczny d /dT >0 <0 metal półprzewodnik [1] 21

22 Podsumowanie wyników doświadczalnych: Przejście I-M przy klikunastu % metalu Negatywny wpływ wodoru: –potrzeba więcej metalu dla osiągnięcia przejścia izolator-metal W układzie Si-Ta przewodnictwo dziurowe W układzie Si-Ni przewodnictwo elektronowe 22

23 Modelowa struktura elektronowa Si:Me Si:NiSi:Ta [3] Stany Hubbarda dangling bond (wiszące, nienasycone wiązanie Si) [3] DB HB - wzrasta koncentracja elektronów i DOS w górnym stanie Hubbarda (Si:Ni) - wzrasta koncentracja dziur w dolnym stanie Hubbarda (Si:Ta) To tłumaczy różny znak stałej Halla w tych dwóch układach: (przewodnictwo elektronowe & dziurowe) [1] SiNi:H nie ma DB. Potrzeba więcej Ni dla osiągnięcia delokalizacji i osiągnięcia przejścia I-M 23

24 Nawodorowany amorficzny węgiel (a-C:H) c H = H/(C+H) Zawartość wodoru: ERDA (elastic recoil detection analysis, promieniowanie ) Wielkość przerwy energetycznej zależy od stosunku ilości wiązań C-C typu sp 2 i sp 3. Obecność wodoru faworyzuje wiązanie typu sp 3, -> stąd wzrost optycznej przerwy energetycznej ze wzrostem zawartości wodoru. 24 Amorficzne warstwy nawodorowanego krzemu są stosowane jako warstwy ochronne w magnetycznych twardych dyskach H/C=0.6 H/C=0.2

25 fot. ZK

26 Temperatura przejścia w stan nadprzewodzący stopów SiAu i SiAu:H [5]


Pobierz ppt "Własności elektronowe amorficznych stopów Si/Me:H w pobliżu przejścia izolator-metal Gęste pary metali (wzrost gęstości -> I-M) niemetale poddane wysokiemu."

Podobne prezentacje


Reklamy Google