Резкое увеличение сопротивления в ультратонких пленках меди

Шероховатость поверхности и электрон-фононное взаимодействие влияют на электрические транспортные свойства наноразмерных металлических пленок. Знания в этой области важны как с фундаментальной, так и с технической точки зрения. Исследователи проводят эксперименты по измерению корреляции шероховатости поверхности и сопротивления для набора ультратонких эпитаксиальных пленок меди.

Исследователи из Политехнического института Ренсселера показали, что классические феноменологические модели, основанные на механизме транспорта Больцмана, не являются адекватными для описания зависимости удельного сопротивления от толщины в таких пленках. Это первое количественное объяснение сопротивления в ультратонких пленках, толщиной менее 20 нм, без каких-либо настроечных параметров в квазиклассической модели.

Чтобы понять влияние различных механизмов рассеяния на электросопротивление, измерения проводились при криогенных температурах. Используя квазиклассическую модель, разработанную Чаттерджи и Мейеровичем, они продемонстрировали, что зависимость сопротивления от толщины может быть объяснена количественно с помощью параметров шероховатости поверхности. Например, длиной поперечной корреляции и амплитудой шероховатости.

Поверхностное рассеяние является доминирующим фактором сопротивления в сверхтонких пленках. Несмотря на это, вклад электрон-фононного взаимодействия в сопротивление, по-видимому, возрастает с уменьшением толщины пленки. Кроме того, существует температурная зависимость электрон-фононного рассеяния. Это может быть объяснено уравнением Блоха-Больцмана, используя формулу Блоха-Грюнайзена.

Ученые обнаружили, что предсказание квазиклассической модели хорошо согласуется с измеренным сопротивлением. Это может оказать значительное воздействие на количественную оценку измеренного сопротивления ультратонких пленок. Кроме того, это может повлиять на микроэлектронную промышленность. Может, необходимо будет пересмотреть основной механизм регулирования шероховатостью поверхности для того, чтобы управлять сопротивлением металлических пленок и шин с размерами ниже 20 нм.

Квантификация удельного сопротивления в ультратонких пленках меди