Электрические свойства пленки Ni — Si

Исследование электрических явлений в тонких пленках все чаще привлекается для получения сведений о структурном состоянии металлов и сплавов. Поэтому изучение этих явлений важно, как с теоретической, так и с практической точек зрения.

Ключевые слова: Ni, Si, исследование, тонкие, пленки, электросопротивления, эффект.

Пленки Ni — Si изготовлялись термическим испарением в вакууме (10 ^–5 мм. рт. ст.) из вольфрамовых лодочек без ориентирующего магнитного поля. В качестве подложек служили полированные стекла размером 19×20 мм, подогреваемые до температуры 200°C. Для исследования выбирались пленки примерно одинаковой толщины порядка 1600–1800 Å. Толщина пленок измерялась на спектрофотометре MФ-4. Электросопротивление пленок измерялось с помощью одинарно-двойного теста Р-329. При измерении в магнитных полях направление измерительного тока совпадало с направлением магнитного поля, вдоль плоскости пленки и отжига пленок. Температурные измерения проводились в вакууме 10 ^–5 мм. рт. ст. в течении 1 часа при температуре 400°C [1,2].

Результаты эксперимента: Проведенные исследования электросопротивления тонких пленок Ni — Si до отжига в зависимости от содержания Si показали, что удельное электросопротивление не линейно возрастает с увеличением содержания Si (рис.1).

Резкое увеличение удельного электросопротивления Si выше 16 % Si , свидетельствуют о переходе сплава Ni — Si в немагнитное состояние. Увеличение содержания Si выше этого значения ведет за собой повышение сопротивления материала. Гальваномагнитный эффект в тонких пленках Ni — Si до отжига выражен слабо (Рис.2) по сравнению с тонкими пленками Ni , Fe и их сплавов при комнатной температуре. Наблюдается ослабление этого эффекта с увеличением в Ni — содержания Si , а при содержании Ni — 33,25 % Si изменения электросопротивления при изменении Н нами не обнаружено [3].

Рис. 1. Зависимость удельного электросопротивления никель кремниевых пленок от концентрации компонентов. (Толщина пленки составила ~ 500 Å)

Удельное сопротивление Ni — Si пленок после отжига (рис. 2) уменьшилось тем сильнее, чем больше Si содержание в Ni . Это, видно, объясняется структурными изменениями, происходящими в Ni — Si после отжига.

Рис. 2. Зависимость гальваномагнитного эффекта от магнитного поля при разлучных составах. (Толщина пленки ~ 1500 Å)

Гальваномагнитный эффект после отжига пленок Ni — Si существенно не изменился. Замечено слабое увеличение этого эффекта при больших содержаниях Si (33,25 % Si ). Продолжение будет в наших следующих статьях.

Проведенные температурные исследования электросопротивления тонких пленок Ni — Si после отжига. На рис.3 проведены графики изменения относительного электросопротивления для трех составов: 13,81 % Si ; 16,07 % Si ; 24 % Si . В области низких температур сопротивление растет с увеличением концентрации Si в Ni по сложному закону.

Рис. 3. Зависимость относительно электросопротивления от температуры. 1–24 % Si , 2–16 Si , 3–13,81 % Si (Толщина пленки ~ 1500 A°)

В интервале температур от 0°C до 120°C (рис. 3) кривые совпадают: это указывает на то, что особых структурных преобразований здесь не происходит. Однако, выше температуры 120°C появляются следующие закономерности:

1. Максимальное значение изменения достигает для сплавов с высоким содержанием кремния при более низких температурах: чем для меньших содержаний Si .
2. Кривая растет круче для больших консентраций в сплаве Ni — Si .
3. Малое значение можно объяснить тем, что прибавка кремния значительно уменьшает количество свободных электронов, участвующих в электропроводности, а прибавка Ni обеспечивает прирост проводимости при высоких температурах за счет увеличения подвижности свободных электронов в решетке сплава Ni — Si .

Можно предположить, что слабая зависимость R от температуры в определенном интервале для Ni — Si представляет большой интерес при создании резисторов и других приборов с хорошей характеристикой постоянства электросопротивления от высоких температурных воздействий.

Выводы

1. Известно, что данный сплав Ni — Si имеет точку Кюри ниже 0°C. Поэтому интересно провести исследования электрических свойств пленок Ni — Si при низких температурах. Для более полного изучения данных эффектов в Ni — Si пленках необходимы структурные исследования.
2. Изучение магнитных свойств данных сплавов Ni — Si возможно лишь до 14–16 % Si и при низких температурах.
3. Замеченные изменения удельного сопротивления от температуры отжига требуют дальнейшего исследования.
4. Пленочные образцы Ni — Si представляют большой интерес при создании электрических сопротивлений.

1. Р.Бозорт. Ферромагнетизм И. А. М. 1959.
2. А. В. Вол. «Строение и свойства двойных металлических систем». Т.1.2. Физмат, 1962.
3. Р. П. Эллиот. «Структуры двойных сплавов». Издания 1 и 2 «Металлургия». М. 1970.
4. В. Ф. Бочкарев, А. П. Неделько, В. А. Буравихин, Т. Я. Морозова. «Электросопротивление пленок гадаменоя, тербия и диспрозия»; Физика магнитных пленок, выпуск II. Иркутск. 1970.