2021
Химическая физика и мезоскопия, RSCI
Article
УдмФИЦ УрО РАН
Nanocrystalline CaSi films with a thickness of 80 to 130 nm were grown on high-resistance silicon substrates with the (111) and (100) orientations by low-temperature (190-330 °C) molecular-beam epitaxy and low-temperature (330 °C) solid-phase epitaxy, for which studied the micro-structure, phase composition and crystal structure. It was found that polycrystalline, nanocrystalline (NC) and amorphous films of CaSi and CaSi2 were first detected by the dominant contribution of holes in the range 1.4-300 K. In magnetic fields of 1-4 T and at temperatures of 40-100 K, a giant linear magnetoresistive effect (up to 500 %). In CaSi2 films with the contribution of the second phase (CaSi), a peak at temperatures of 100-200 K was found on the temperature dependences of the resistivity and Hall coefficient, which corresponds to a phase transition. Additionally, in this film, a transition from positive to negative MRE was found at T=120-200 K. This effect was not detected in a single-phase CaSi2 film that corresponds to a certain rearrangement in the magnetic field of carrier fluxes only in a two-phase system. The study of thermoelectric properties of CaSi and CaSi2 films showed that the semimetallic type of conductivity in them leads to the independence of the positive Seebeck coefficient at T=330-450 K. It was found that the maximum contribution to the Seebeck coefficient and power factor is observed in an amorphous CaSi film in the presence of a certain fraction of the NC Ca2Si phase. In single-phase CaSi2 films, a twofold decrease in the Seebeck coefficient and power factor is observed due to an increase in the hole concentration in comparison with CaSi films.
Нанокристаллические пленки CaSi толщиной от 80 до 130 нм были выращены на высокоомных кремниевых подложках с ориентацией (111) и (100) методами низкотемпературной (190 - 330 °C) молекулярно-лучевой эпитаксии и низкотемпературной (330 °C) твердофазной эпитаксии, для которых были изучены микроструктура, фазовый состав и кристаллическая структура. Установлено, что поликристаллические, нанокристаллические (НК) и аморфные пленки CaSi и CaSi2 преимущественным вкладом дырок в диапазоне 1.4 - 300 К. В магнитных полях 1 - 4 Тл и при температурах 40 - 100 К в пленках CaSi с вкладом второй фазы CaSi2 впервые обнаружен гигантский линейный магнеторезистивный эффект (МРЭ) (до 500 %) . В пленках CaSi2 с вкладом второй фазы (CaSi) обнаружен при температурах 100 - 200 К пик на температурных зависимостях удельного сопротивления и коэффициента Холла, что соответствует фазовому переходу. Дополнительно в данной пленке обнаружен переход от положительного к отрицательному МРЭ при Т = 120 - 200 К. При этом данный эффект не обнаружен в однофазной пленке CaSi2, что соответствует определенной перестройке в магнитном поле потоков носителей только в двухфазной системе. Исследование термоэлектрических свойств пленок CaSi и CaSi2 показало, что полуметаллический тип проводимости в них приводит к независимости положительного коэффициента Зеебека при Т = 330 - 450 К. Установлено, что максимальный вклад в коэффициент Зеебека и фактор мощности наблюдается в аморфной пленке CaSi в случае присутствия некоторой доли НК фазы Ca2Si. В однофазных пленках CaSi2 наблюдается двукратное снижение коэффициента Зеебека и фактора мощности за счет увеличения концентрации дырок по сравнению с пленками CaSi.
DOI 10.15350/17270529.2021.2.15.