| 研究概要 |
真空蒸着法を用いて,(111)配向BaF2基板上に,基板温度を80℃近傍に限定することによって単結晶薄膜を再現性よく作製できた.Bi薄膜と基板との格子不整合が3.6%あるので,基板境界ではBi薄膜に歪みが存在する.この歪みを和らげるため,Bi薄膜をその融点の直下の温度で熱処理した.X線回折により,基板面に垂直方向に3回対称軸を持つ単結晶が成長したことが確認できた.
この方法で,膜厚を140Aから2800Aまで変えて,ビスマス薄膜を作製したこれらの薄膜を用いて,電気抵抗,磁気抵抗およびホール抵抗の温度依存性及び膜厚依存性を測定した.これらの実験から,これまで実験的には明確に検証されていなかった,サイズ量子化に伴う比抵抗の振動が明瞭に観測された.主目的であるエキシトニック相の探索は現在進行中であるがこの相を実現する為の重要な段階は,サイズ量子化の観測により達成できた.得られた結果の主要な点は次の通りである.
(1)厚さの異なる全ての試料において,(111)配向BaF2基板上にビスマス単結晶薄膜を再現性よく作製できた.
(2)140Aから2800Aまでの膜厚の異る薄膜試料において,表面が滑らかな層状成長を実現した.
(3)抵抗率,横磁気抵抗測定,ホール抵抗測定,キャリア移動度の膜厚依存性において,表面効果に伴う古典的サイズ効果を観測した.
(4)抵抗率及び,キャリア移動度,密度の膜厚依存性における振動現象の周期がド・ブロイ波長程度であることが分かり,量子サイズ効果によるものであることが分かった.
(5)420Aと560Aの薄膜の間において、大きな抵抗率とキャリア密度の変化を観測した。分析の結果,膜厚減少に伴う半金属-半導体転移によるものであることが分かった.
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