Influence des vapeurs résiduelles sur le coefficient de Hall des lames minces de bismuth déposées par vaporisation thermique sous vide

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Submitted on 1 Jan 1963

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Influence des vapeurs résiduelles sur le coefficient de Hall des lames minces de bismuth déposées par

vaporisation thermique sous vide

Jean Salardenne

To cite this version:

Jean Salardenne. Influence des vapeurs résiduelles sur le coefficient de Hall des lames minces de

bismuth déposées par vaporisation thermique sous vide. Journal de Physique, 1963, 24 (9), pp.703-

704. �10.1051/jphys:01963002409070300�. �jpa-00205550�

703.

LETTRE ^A LA RÉDACTION

INFLUENCE DES VAPEURS RÉSIDUELLES

SUR LE COEFFICIENT DE HALL DES LAMES MINCES DE BISMUTH

DÉPOSÉES PAR VAPORISATION THERMIQUE

SOUS VIDE Par Jean SALARDENNE,

Laboratoire S. P. C. N et Électrotechnique,

Faculté des Sciençes, ^Bordeaux

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ^TOME 24, ^SEPTEMBRE 1963,

Une étude antérieure [1] ^a montré, ^d’une part, que le coefficient de Hall, Ru, ^des lames minces de bismuth

peut ^{être tantôt} positif, pour ^{les très} faibles épaisseurs,

tantôt négatif, pour les épaisseurs plus fortes, et, d’autre part, que ^ce coefficient .RA évolue dans le

temps, pour ^une même lame soumise à l’air ambiant,

dans le sens d’une augmentation algébrique. ^{Il est}

intéressant de signaler que, lors de ^cette augmen- tation algébrique ^de RH, corrélativement, ^{la résis-}

tance R des lames diminue (fig. 1).

FIG. 1.

Évolutions du coefficient de Hall et de la résis- tance d’une lame en fonction du temps.

L’adsorption d’oxygène, ^{dont les atomes se com-} portent ^en accepteurs d’électrons [2], permet ^{de com-} prendre ^ces évolutions de Ru et ^{de R. En} supposant

que, dans le ^cas des lames les plus minces, l’épaisseur

de la couche intéressée par les phénomènes d’adsorp-

tion devient importante par rapport ^à l’épaisseur

totale de la lame, dès que celle-ci ^est portée ^{à l’air}

pour la mesure, ^on pourrait ^aussi expliquer le passage de RH ^à des valeurs positives par ^ces phénomènes d’adsorption. ^{Une série de mesures faites succes-}

sivement sous vide, et, immédiatement après, ^à l’air,

montrant que le coefficient Ru ^{reste alors} pratiquement inchangé, ^a permis d’éliminer cette hypothèse. ^D’ail- leurs, puisque l’adsorption d’oxygène modifie le coef- ficient Ru, ^il s’agit obligatoirement ^d’une adsorption comportant ^un échange d’électrons, ^{donc d’un} phéno-

mène lent et limité genre chimisorption, ^ne pouvant

faire varier Ru que lentement ^et dans des proportions

peu importantes, ^{comme l’étude} précédente ^l’a

montré [1].

Il apparaît donc que c’est lors du dépôt qu’inter-

vient le phénomène essentiel conditionnant les valeurs que prend Ru ^en fonction de l’épaisseur

^des lames,

et puisque l’évolution de Rg ^en fonction du temps ^se fait _par chimisorption d’oxygène, nous avons pensé

que ^ce phénomène essentiel devait être régi par la

probabilité ^de rencontre entre particules ^{de bismuth}

et de vapeurs résiduelles. Nous avons donc vérifié (1)

FIG. 2.

Coefficient de Hall

fonction de l’épaisseur

pour les pressions résiduelles indiquées.

(1) En collaboration

M. Lalanne.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01963002409070300

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l’influence, ^{sur l’allure} des courbes Rg

f( E), ^{de la} pression résiduelle (fig. 2) ^et de la distance creuset-

support (fig. 3). ^{Lors de ces} mesures, l’emploi ^d’une

nouvelle pompe ^à vide, de débit très supérieur ^{à celui}

de la pompe utilisée lors de ^notre précédente ^commu- nication, ^a permis de maintenir

vide beaucoup plus

constant pendant ^les vaporisations.

FIG. 3.

Coefficient de Hall

fonction de l’épaisseur

pour les distances creuset-support indiquées.

L’échelonnement des courbes obtenues se justifie

aisément à p.artir ^des hypothèses ci-dessus ; ^{leur bru-}

tale remontée quand l’épaisseur ^diminue pourrait éga-

lement se justifier ^sur la base de ces mêmes hypothèses.

En effet la probabilité ^de rencontre entre particules ^de

bismuth et de vapeurs résiduelles ^est beaucoup plus grande ^{lors des} premières secondes do vaporisation,

cela n’étant évidemment valable _que sur le parcours

séparant la lame de verre, servant de support, ^du

cache mobile (qui permet de commander le temps pendant lequel ^le dépôt s’effectue). ^{Nous avons vérifié}

cette hypothèse ^sur quelques lames, d’épaisseurs ^relati-

vement importantes, mais réalisées par vaporisations

successives très brèves correspondant ^{chacune à}

dépôt ^de quelques ^centaines d’angstroms d’épaisseur ;

leur coefficient RH ^était algébriquement ^{très relevé} par rapport ^{à celui} qu’elles auraient dû avoir dans nos

conditions expérimentales habituelles. Pourtant cette

explication, qualitativement acceptable, ^{ne semble} pas entièrement satisfaisante quantitativement. ^{Il faut}

rechercher un phénomène complémentaire pour per- mettre d’expliquer complètement ^{cette brutale re-}

montée des courbes. On peut proposer, peut être, ^une explication ^{basée sur la théorie de} Sondheimer [3]

généralisée ^aux semi-conducteurs [4]. Cette théorie montre que, dans les lames minces, ^{si le libre} parcours moyen des porteurs ^de charge ^{est limité non} plus par les effets classiques mais par l’épaisseur ^{de la} lame,

le coefficient de Hall ^{croit dans de} grandes proportions.

Dans les lames minces de bismuth les atomes d’oxy- gène ^{inclus se} comportent ^{comme des} pièges ^{à élec-} trons, ^{limitant le libre} parcours moyen de ^ces derniers ;

par ^contre celui des

trous» est certainement plus important. L’effet Sondheimer s’exercera ^{donc surtout}

sur le coefficient de Hall ^{relatif à ces} porteurs positifs,

d’où la remontée importante des courbes Ru

f(e)

dès que l’épaisseur devient faible.

Nous nous proposons de vérifier cette hypothèse ^en

mesurant l’effet Hall, ^{sur les lames minces de} bismuth,

à très basse température.

Lettre reçue le 28 mai 1963.

BIBLIOGRAPHIE

[1] SALARDENNE (J.), ^J. Physique Rad., ^février 1962, 23,

133.

[2] SURHMANN, ^{WIEDLER et} DONK,

Proc. Inter. Conf.

Brussels, ^{1958. IV} Magnet, Opt. Properties, ^{2 »,} London, ^{New York} Acad., 1960, 942.

[3] SONDHEIMER, ^{Advances in} Physics, 1952, 1, 1-42 ; Physical Review, 1950, 80, 1, ^401.

[4] ^HAM MATTIS, ^{I. B. M. J. Res.} Develop., ^{U. S.} A., 1960,

4, ^n° 2, ^143.