Tinh chất điện của màng đa lớp phụ thuộc vào bề dày của lớp Ag. Để tìm bề dày tối ưu của lớp Ag như đã đề cập, cần khảo sát tính chất điện của lớp Ag theo chiều dày của nó. Màng Ag được tạo ở áp suất thấp khoảng 10-3torr và nhiệt độ phòng nhằm hạn chế Ag bị oxy hóa trong quá trình hình thành màng, mật độ dòng phún xạ thấp cỡ 1,5mA/cm2 để dễ kiểm soát chiều dày màng Ag. Kết quả điện trở suất và điện trở mặt của màng Ag được trình bày ở hình (3.11) và hình (3.12).
Hình 3.11: Sự phụ thuộc điện trở mặt của màng vào bề dày của lớp Ag
Kết quả cho thấy khi bề dày của lớp Ag lớn hơn 12nm thì điện trở mặt và điện trở suất của màng gần như không đổi. Điều này có thể lý giải khi màng Ag liên tục, tán xạ điện tử với biên hạt giảm đáng kể trong khi nồng độ hạt tải gần như không đổi. Thật vậy, ảnh FE-SEM của màng Ag hình (3.13) đã chứng tỏ màng bắt dầu liên tục ở bề dày 12nm.
Hình 3.13 : Ảnh FE-SEM của các mẫu Ag có bề dày lần lượt 6nm(a); 8nm(b); 10nm(c); 12nm(d); 14nm(e); 16nm(f)
Như vậy, do kim loại luôn có nồng độ hạt tải lớn cở 1022, nên tính chất điện của màng Ag phụ thuộc chủ yếu vào độ linh động của điện tử và khi màng liên tục, độ linh động tăng, màng tinh thể hơn dẫn đến tích chất điện ổn định, điều này thấy rõ qua bảng 3.3 và hình 3.12 a) b) d) e) c) f)
Kết quả từ bảng 3.3, khẳng định tính chất điện của màng kim loại - Ag với nồng độ hạt tải cao (khoảng 1022). Tuy nhiên tính chất điện của màng còn phụ thuộc vào độ linh động của hạt tải. Mẫu N11 có bề dày nhỏ hơn 12nm, nên Ag chưa liên tục, độ linh động của điện tử thấp, điện trở suất cao. Với mẫu N12, bề dày của màng Ag lớn hơn 12nm nên màng liên tục, do đó độ linh động điện tử tăng lên gần 5 lần mặc dù là số hạt tải thay đổi không đáng kể. Qua lý luận trên, màng Ag có bề dày 16 nm thích hợp làm lớp giữa của màng đa lớp.
Ngoài ra tốc độ lắng đọng đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo màng, vì màng có bề dày nhỏ nên cần tạo ở tốc độ thấp. Do đó tốc độ lắng đọng màng Ag theo mật độ dòng phún xạ cần được khảo sát. Kết quả cho trong bảng 3.4
Bảng 3.4:Sự phụ thuộc điện trở mặt của màng Ag vào tốc độ lắng đọng
Tên mẫu Mật độ dòng phún xạ (mA/cm2 ) Bề dày (nm) Áp suất (torr) Điện trở mặt (ohm/sq) N13 1,1 14 10-3 3,4 N14 1,3 14 10-3 3,2 N15 1,5 14 10-3 3,1 N16 1,7 14 10-3 2.9 N17 1,9 14 10-3 3.0 N18 2,1 14 10-3 3.1
Điện trở mặt của màng thay đổi không đáng kể khi thay đổi mật độ dòng phún xạ. Điều này có nghĩa mật độ dòng phún xạ không quá lớn để làm thay đổi cấu trúc tinh thể của màng. Vì thế mật độ dòng phún xạ được chọn là 1,5 mA/cm2.
Như vậy, lớp Ag được tạo với mật độ dòng phún xạ 1,5mA/cm2, áp suất 10-3torr, khi bề dày từ 12nm trở lên màng bắt đầu chuyển từ dạng ốc đảo sang liên tục nên
Bảng 3.3: Sự phụ thuộc độ linh động vào bề dày màng Ag
Tên mẫu Bề dày (nm) Độ linh động (cm / V.s2 ) Nồng độ hạt tải (cm−3) Điện trở suất ( Ω.cm) N11 6 8.35 8.86.1022 0.84.10-5 N12 16 39.93 3.69.1022 0.42.10-5
điện trở mặt và điện trở suất bắt đầu ổn định. Trong hệ thống màng đa lớp GZO/Ag/GZO, lớp Ag được làm ở điều kiện mật độ dòng phún xạ và áp suất như trên với bề dày được chọn 16 nm nhằm đảm bảo tính liên tục của nó.