Влияние атмосферного кислорода на состав и кинетические свойства тонких плёнок висмута

Abstract

Методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и измерения электрических и гальваномагнитных свойств исследовано влияние атмосферного кислорода на состав и свойства плёнок висмута толщиной d = 10-200 нм. Свойства двух серий свежеприготовленных плёнок (с защитным покрытием EuS и без защитного покрытия) сравнивались с характеристиками этих плёнок после длительного (в течение 9 лет) пребывания на воздухе при комнатной температуре. Установлено, что в плёнках Bi без покрытия имеет место неравномерное по глубине окисление с образованием оксида висмута Bi₂O₃. При этом значения коэффициента Холла Rн и магнетосопротивления Δρ/ρ, а также их температурные зависимости практически не изменяются после пребывания в воздушной атмосфере, а электропроводность σ снижается и тем значительнее, чем тоньше плёнка. С другой стороны, после длительного пребывания на воздухе в плёнках, покрытых сульфидом европия, Bi присутствует только в металлическом состоянии, а σ, Rн и Δρ/ρ остаются практически неизменными. Из полученных результатов следует, что при наличии защитного покрытия даже очень длительное пребывание на воздухе при комнатной температуре не приводит к изменению химического состава и кинетических свойств плёнок висмута.

The effect of air oxidation on the composition and properties of bismuth films with thicknesses d = 10-200 nm is studied by using X-ray photoelectron spectroscopy and measuring electrical and galvanomagnetic properties of the films. The properties of two sets of freshly prepared films (with a protective EuS layer and without it) are compared with the properties of the same films after long-term air storage (during 9 years) at room temperature. As determined, a non-uniform in depth oxidation with the Bi₂O₃ formation takes place in the Bi films without protective covering. At the same time, the values of the Hall coefficient RH and magnetoresistance Δρ/ρ as well as their tempera-ture dependences are not practically changed after air storage, whereas elec-trical conductivity σ is decreased. For the thinner films, the more significant decrease in σ is observed. On the other hand, after long-term air storage, in the films covered by europium sulphide, Bi is presented only in the metallic state, and σ, RH and Δρ/ρ remain practically changeless. As follows from the obtained results, in the case of presence of the protective covering, even long-term air storage at room temperature does not lead to a change either in the chemical composition or in the kinetic properties of bismuth films.