Závěrečná zpráva grantu 021/1997/B-FYZ/MFF

Název projektu:	Studium fluktuací vodivosti tenkovrstvovývh systémů kov/dielektrikum v oblasti perkolačního prahu
Hlavní řešitel:	RNDr. Pavel Sobotík, CSc.
Spoluřešitelé:	Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc.
Období řešení:	1997-1999
Celková dotace:	130 tis. Kč

Souhrn výsledků

Během řešení grantového projektu byla rozvinuta metodika přípravy stabilních - dielektricky „zapouzdřených" -vzorků ultratenkých kovových vrstev. Na těchto strukturách je potom možné provádět komplexní a z časového hlediska náročná měření elektrických vlastností, která, pokud je nám známo, zatím nebyla z důvodů stárnutí ultratenkovrstvových vzorků (změn jejich vlastností zvláště po vyjmutí z vakua) provedena. Analýza měření stejnosměrné a střídavé vodivosti nespojitých kovových 2D struktur doplněná studiem proudového šumu dovoluje lépe charakterizovat procesy, které se uplatňují při přenosu náboje v oblasti perkolačního prahu a jejich dynamiku.
V rámci projektu bylo podstatně zdokonaleno experimentální zařízení pro definovanou přípravu vrstev v ultravakuových podmínkách. Komora pro přípravu vrstev spolu s dříve vyvinutou aparaturou pro elektrická měření signálů extrémně malé úrovně představují unikátní komplet, který je cenným výsledkem grantového projektu.
Studium šumu v 2D vrstvách platiny navázalo na výsledky získané pro MIM struktury. Kvalitativní analýza výsledků měření potvrzuje přítomnost takových procesů při generování šumu v nespojitých vrstvách, jaké byly studovány u tenkovrstvových systémů MIM (blokace vodivých kanálů) a na tenkovrstvových systémech s kovovými částicemi, které způsobují coulombickou blokádu při transportu elektronů. AC charakteristiky umožnily rozlišit procesy spojené s pohybem náboje ve struktuře. Exponent frekvenční závislosti šumového výkonu má v blízkosti perkolačního prahu hodnotu 1.2 až 1.4, v oblasti minima je přibližně roven 1. Normovaný šumový výkon je těsně pod perkolačním prahem úměrný druhé mocnině vodivosti vrstev.
Pro studium šumu typu 1/f^a, kde a ~ 1, má význam zejména zjištění, že normovaná hodnota proudového šumu vykazuje anomální minimum v oblasti hmotnostních tlouštěk, kde je aktivační energie stejnosměrné vodivosti téměř konstantní a rovna 2kT (pro T=300 K). Jedná o tloušťky, kdy se začínají formovat velké klastry. Z hlediska nositelů náboje se v této oblasti jedná o přechod od Boltzmannovy k Fermi-Diracově statistice. Minimum elektrického šumu souvisí se změnou mechanismu generujícího šum. Fluktuace hodnoty normovaného šumu v závislosti na tloušťce v oblasti minima souvisí se silnou mikroskopickou podmíněností povahy šumu. Ta se liší od charakteru šumu v oblasti perkolačního prahu, kdy normovaná hodnota šumu narůstá. Zjištěné relaxační procesy při průchodu střídavého proudu jsou důležité z hlediska studia náhodných fluktuací náboje ve struktuře, které se projevují jako elektrický šum.
Získané výsledky mají význam jak z hlediska teoretického (dosud publikovaná experimentální data zdaleka zatím nevyvažují teoretickou práci) tak z hlediska praktických aplikací samotného měření šumu i využití ultratenkých kovových vrstev. Charakter nových výsledků podtrhuje důležitost pokračování v dalším studiu šumových vlastností tenkých vrstev – mimo jiné také z důvodu využití šumu jako indikátoru existence kritického chování struktur s přenosem náboje. To má značný význam z hlediska diagnostiky a studia spolehlivosti elektronických prvků.