تهیه و بررسی برخی خواص الکتریکی فیلمهای نازک نیترید مس در دماهای مختلف

- اندازه گیری اثر هال نشان داد که ضریب هال مستقل از دما نبوده و با تغییر چگالی حامل ها که به علت تغییرات دما می باشد تغییر می کند. تغییرات در از 4/0 تا 6/0 سانتیمتر مکعب بر کولن بود و در دماهای پایین به یک مقدار ثابت میل کرد. این مقدار ثابت حدود 2/1 سانتیمتر مکعب بر کولن است. این تمایل به مقدار ثابت بیان گر این مطلب است که چگالی حامل ها به یک مقدار تقریبا ثابت میل می کند. با افزایش دما از 100 تا 250 درجه کلوین، ثابت هال به صورت غیر خطی کاهش می یابد. در محدوده دمایی 100 تا 150 درجه کلوین تغییرات ضریب هال با دما، مقدار قابل توجهی نبوده وبه نظرمی رسد در این بازه دمایی هیچ حامل اضافی تولید نمی شود. علت این امر را می توان عدم یونیده شدن ناخالصی ها که در این مورد مس است، دانست. در دماهای کمتر از 150 درجه کلوین، اتم های مس نقشی در تامین حامل ها نداشته و اکثراً به صورت غیر یونیده می باشند و حامل های موجود توسط خود نیترید مس و نه توسط ناخالصی ها تامین می شود. با افزایش دما از 150 تا 250 درجه کلوین، به خاطر افزایش بیشتر تعداد حامل های بار، ضریب هال سریعا کاهش پیدا کرده وبه مقدار 4/0 سانتیمتر مکعب بر کولن می رسد. علت این امر ورود به ناحیه یونش می باشد. ناحیه یونش ناحیه ای است که در آن ناخالصی ها شروع به یونیده شدن می کنند. از آنجایی که در ماده مورد بررسی ما تراکم ناخالصی ها زیاد است، در نتیجه انرژی فرمی در مجاورت باند رسانش قرار گرفته و انرژی یونیزاسیون ناخالصی ها بسیار کم می باشد و بنابراین ناحیه یونش در دما های پایین اتفاق می افتد که در اینجا شروع این ناحیه در دمای 150 درجه کلوین می باشد. - با کاهش دما به مقادیر پایین، مقاومت ویژه سریعا افزایش یافت و این به خاطر کاهش چگالی حامل ها می باشد. افزایش مقاومت ویژه در بازه دمایی 250 درجه کلوین تا 150 درجه کلوین، سریع می باشد که علت آن غیریونیده شدن ناخالصی ها با کاهش دما می باشد. دمای حدود 150 درجه کلوین، شروع ناحیه یونش است و در دماهای کمتر از آن تنها حامل های ذاتی نقش رسانش را بر عهده دارند. با کاهش بیشتر دما تا 100 درجه کلوین، مقاومت ویژه با شیب کمتری افزایش یافت. در کل مقاومت ویژه از اهم سانتیمتر در دمای 250 درجه کلوین به اهم سانتیمتر در دمای 100 درجه کلوین رسید. - رسانندگی در دما های پایین سریعا کاهش یافت که علت آن کاهش چگالی حامل ها می باشد. کاهش رسانندگی در بازه دمایی 250 درجه کلوین تا 150 درجه کلوین، سریع می باشد که علت آن همان طور که ذکر شد غیریونیده شدن ناخالصی ها با کاهش دما می باشد. با کاهش بیشتر دما تا 100 درجه کلوین، رسانندگی با شیب کمتری کاهش یافت. - با افزایش دما تحرک پذیری افزایش یافته و در دمای حدود 135 درجه کلوین به حد اکثر مقدار خود رسید. پس از آن با افزایش بیشتر دما، تحرک پذیری حامل ها به صورت نوسانی کاهش یافت و از دمای 200 درجه کلوین به بعد، به شدت نزول کرد. البته در حالت کلی تغییرات تحرک پذیری حامل ها زیاد نبوده و در یک بازه کوچک از تا سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه تغییر می کند. علت کاهش تحرک پذیری در دماهای پایین، پراکندگی حامل ها توسط نا خالصی ها می باشد. در دما های پایین سطح مقطع برخورد حامل ها که در اینجا الکترون ها می باشند با اتم های ناخالصی افزایش می یابد. با توجه به نتایج حاصله، دمای 135 درجه کلوین شروع افزایش برهمکنش حامل ها با اتم های ناخالصی است. البته این افزایش برهمکنش، شدید نبوده و با شیب کم انجام می پذیرد.به علت افزایش پراکندگی حامل ها، تحرک پذیری آن ها کاهش یافته است. البته در دما های پایین، اندر کنش با فونون ها به علت کاهش تراکم آن ها کاهش می یابد و این باعث افزایش تحرک پذیری می شود ولی در حالت کلی، برآیند اندر کنش ها که از طریق رابطه ماتیسن بیان می شود، بیانگر کاهش تحرک پذیری حامل ها می باشد. با افزایش دما، نوساناتی در تحرک پذیری دیده می شود که می تواند ناشی از غالب بودن کاهش تحرک پذیری به علت افزایش سطح مقطع برخورد با اتم های ناخالصی و یا افزایش تحرک پذیری به علت کاهش اندر کنش با فونون ها، در دما های مختلف باشد. با افزایش دما و از دمای حدود 200 درجه کلوین به بعد، به خاطر افزایش تراکم و انرژی فونون ها و به تبع آن افزایش اندر کنش حامل ها با فونون ها، کاهش تحرک پذیری غالب بوده و با شیب بیشتری انجام می پذیرد. . البته این افت وخیز در تحرک پذیری می تواند به علت اثرات سایر مکانیزم های پراکندگی که در اینجا در نظر گرفته نشده است باشد. - اندازه گیری ها نشان داد که چگالی حامل ها با کاهش دما، کاهش می یابد. در دما های کمتر از 150 درجه کلوین، این کاهش چندان نیست و چگالی حامل ها به یک مقدار ثابت میل می کند که بیانگر ورود به ناحیه ذاتی است که در آن تقریبا تمامی ناخالصی ها به صورت غیر یونیده می باشند. با افزایش دما، چگالی حامل ها افزایش یافته و از حدود در دمای 100 درجه کلوین به حدود ، در دمای 250 درجه کلوین می رسد. در دماهای بالا تغییرات چگالی حامل ها زیاد بوده و با شیب زیاد افزایش می یابد که بیانگر وجود ناخالصی های زیاد است.