Тонкие пленки CeB-=SUB=-6-=/SUB=-, полученные методом электронно-лучевого напыления на различных подложках

Abstract

Методом электронно-лучевого напыления получены пленки гексаборида церия -материала, перспек-тивного для использования в термоэлектрических устройствах при гелиевых температурах. Напыление проводили с керамических мишеней на диэлектрические, полупроводниковые и металлические подложки при различных температурах. Подробно исследованы микроструктура, элементный и фазовый составы, темпера-турные зависимости удельного сопротивления и коэффициента Зеебека. Получены пленки со структурой CaB 6 , характерной для гексаборида церия, и элементным составом, близким к стехиометрическому. При низких температурах пленки имеют удельное сопротивление несколько больше, а коэффициент Зеебека близок к значениям для монокристаллических образцов. Основной причиной различия величин удельного сопротивления является обнаруженная в пленках большая концентрация примеси кислорода. ВведениеПерспективными термоэлектрическими материалами для использования при гелиевых температурах явля-ются гексаборид церия CeB 6 и гексаборид лантана с небольшим содержанием церия (La 0.99 Ce 0.01 )B 6 [1,2]. Максимальное значение термоэлектрической добротно-сти (La 0.99 Ce 0.01 )B 6 ZT = 0.1 и достигается при ∼ 0.3 K. Более высокие значения ZT = 0.25 получены для мо-нокристаллов CeB 6 при 9 K [3]. Низкие температуры необходимы для уменьшения шумов при работе одно-фотонных термоэлектрических детекторов [4], чувстви-тельным элементом которых являются тонкие пленки. В литературе мало публикаций, посвященных полу-чению и исследованию пленок CeB 6 [5][6][7], при этом недостаточно исследовано влияние различных подложек на структуру и свойства пленок. В настоящей работе приведены результаты исследования пленок CeB 6 , по-лученных методом электронно-лучевого напыления на различных подложках. Были изучены микроструктура, элементный и фазовый состав пленок, температурная зависимость удельного сопротивления и коэффициента Зеебека. Получение тонких пленок CeB 6 и методика экспериментаПленки напыляли с использованием керамических мишеней методом электронно-лучевого напыления на диэлектрические (Al 2 O 3 , AlN), полупроводниковые (Si) и металлические (Mo, W) подложки. Использование металлических подложек связано с тем, что в про-ектируемых тонкопленочных болометрах планируется использовать в качестве поглотителя фотонов тонкие пленки вольфрама на поверхности пленок CeB 6 . В дер-жателе одновременно располагались 12 подложек раз-мерами 10 × 10 мм на расстоянии 18 см от мишени. Напыление проводилось при давлении 0.0025 Па и токе эмиссии 80−100 мА. Морфологию поверхности иссле-довали с помощью электронного микроскопа " VEGA TS5130MM", элементный состав -рентгеновского мик-роанализатора "INCA Energy 300". Концентрацию церия, бора и кислорода определяли с погрешностью ±0.3, 1.5 и 0.2 ат% соответственно. Удельное сопротивление (четырехзондовым методом) и коэффициент Зеебека (методом прямого измерения напряжения при опреде-ленном градиенте температур вдоль пленки) измеряли в области температур 3.8−300 K. Экспериментальные результаты и обсуждениеПолученные пленки имели структуру Ca...