6.6.8. Температурная зависимость спектров

Первые систематические измерения зависимости l/f-шума от температуры в металлах были выполнены Эберхардом и Хорном [20]. Они провели исследования шума в тонких пленках из серебра и меди толщиной 100-1600 А, которые были получены с помощью теплового испарения на подложке из сапфира. Типичные размеры пленок составляли 500X10 мкм. Для гарантии того, что l/f-шум доминирует над тепловым шумом в изучаемом диапазоне частот 0,2-200 Гц, использовались токи с большой плотностью порядка 2 • 10 А/см и более. Это вызывало существенный нагрев образцов за счет выделения джоулева тепла; трудность, которую авторы преодолели тем, что использовали сам образец для измерения его же собственной температуры: зависимость сопротивления от температуры образца измерялась при небольших значениях плотности тока, а l/f-шум, связанный с большими значениями плотности тока, измерялся в функции сопротивления; после этого с помощью калибровочной кривой переходили к зависимости от температуры. Попутно, Эберхард и Хорн сообщили, что окружающая образец газовая среда не оказывает влияния на l/f-шум: измерения, проведенные в воз-Духе, в гелии и в вакууме, дали идентичные результаты.

Пример одного из спектров, полученных Эберхардом и Хорном для Ag прн 390 К, приводится на рис. 6.2. Спектр следует зависимости l/f в интервале трех декад частот, где показатель а равен 1,03+0,06. Наблюдался небольшой рост величины а (около 20%) при уменьшении температуры до 150 К- Такой 207о-ный рост а наблюдался у пленок Ag и Си, и, по-видимому, он не зависит от толщины образна.

На рис. 6.3 представлена температурная зависимость для двух l/f-спектров, полученных Эберхардом и Хорном для пленок из Ag и Си толщиной 800 А. (Заштрихованная область соответствует данным, полученным Боссом и Кларком [67] для пленок из Ag при комнатной температуре.) На этом рисунке приведена величина шума на частоте 20 Гц, однако ввиду

0,3 1,0 3,0 10 3D 100 Частота, Г1{

Рис. 6.2. Спектральная плотность шума для Ag при 390 К (из работы [20], с любезного согласия Американского физического общества).

0,$Ь \ I \ L

J I I L

300 W0

500 БОа

Рис. 6.3. Температурная зависимость 1 -шума иа частоте 20 Гц для пленки толщиной 800 А из Ag (а) и из Си (б).

Из работы [20], с любезного согласия Американского физического общества. Штриховые линии получены в соответствии с теорией температурных флуктуации Босса и Кларка.

очень слабой зависимости величины а от температуры, такие кривые должны быть в большей или меньшей степени не зависящими от частоты. Отметим относительно быстрое падение уровня шума при уменьшении температуры ниже комнатной и пики, которые проявляются примерно при 410 и 490 К для Ag и Си соответственно. Подобные спектры наблюдались и у образцов различной толщины. Во всех случаях, исследованных Эберхардом и Хорном, электрическое сопротивление образцов определялось объемом металлических образцов и имело, как и

1П-шум \rr

ожидалось, линейную зависимость от температуры во всем интервале исследованных температур.

Влияние подложки на температурную зависимость l/f-шума у тонких пленок металлов изучали Датта с сотр. [19]. Они использовали экспериментальное оборудование, в основном подобное оборудованию Эберхарда и Хорна [20], за исключением использования подложек как из сапфира, так и из плавленого кварца (теплопроводность кварца почти не зависит от-температуры и значительно ниже, чем у сапфира, у которого она быстро возрастает с уменьшением температуры). Были обнаружены две интересные особенности: а) выше комнатной температуры подложка оказывает малое воздействие на /f-шy-мовые спектры пленок из Ag и Си и б) для температуры нижекомнатной шум в Ag также не зависит от подложки, а в случае Си использование кварцевой подложки приводит к значительному отличию от поведения, представленного на рис. 6.3,, которое заключается в том, что кривая спектра шума становится почти параллельной оси абсцисс при температурах ниже 300 К вместо быстрого спада при уменьшении температуры. Датта и его коллеги интерпретировали это как наличие l/f-шума двух типов в металле, один из которых (шум типа А) слабо зависит от температуры, а другой (шум типа В) сильно зависит от температуры. В Ag уровень шума типа В настолько велик, что этот шум доминирует при всех исследованных температурах, тогда как в случае Си на кварцевой подложке уровень шума типа А относительно выше и имеет место случай перехода от шума типа А к шуму типа В, вызывающий падение уровня шума в пределах температурной области наблюдений. Никаких объяснений происхождения этих двух типов шума пока не известно.

6.6.9. l/f-шум у аморфных и поликристаллических веществ

Часть самых первых измерений l/f-шума была проведена на поликристаллических материалах .[.Ю], и с тех пор выполнено--значительное число исследований этого явления в различных аморфных и поликристаллических веществах. Одна из самых последних работ на данную тему посвящена рассмотрению-l/f-шума в металлокерамических материалах для толстопленочных разисторов, которые находят применение в микроэлектронных схемах [53]. Механизмы электрической проводимости в таких материалах включают прыжковую проводимость носителей между проводящими зернами и локальными состояниями в-структуре стекла и туннелирование электронов между близле- жащими соседними зернами. По всей вероятности, глубокие