Die elektronischen Eigenschaften von Dünnschichten unterscheiden sich deutlich von denen von Massenmaterialien, und einige physikalische Effekte, die bei Dünnschichten auftreten, sind bei Massenmaterialien schwer zu beobachten.
Bei massiven Metallen sinkt der Widerstand mit abnehmender Temperatur. Bei hohen Temperaturen nimmt der Widerstand nur um den Faktor 1 ab, bei niedrigen Temperaturen hingegen um den Faktor 5. Bei Dünnschichten verhält es sich jedoch völlig anders. Einerseits ist der spezifische Widerstand von Dünnschichten höher als der von massiven Metallen, andererseits sinkt er bei sinkender Temperatur schneller. Dies liegt daran, dass bei Dünnschichten der Einfluss der Oberflächenstreuung auf den Widerstand größer ist.
Eine weitere Manifestation anomaler Dünnschichtleitfähigkeit ist der Einfluss eines Magnetfelds auf den Dünnschichtwiderstand. Der Widerstand einer Dünnschicht unter dem Einfluss eines externen Magnetfelds ist größer als der eines massiven Materials. Der Grund dafür liegt darin, dass sich bei der Bewegung der Schicht entlang einer Spiralbahn – sofern der Radius der Spirale größer als die Schichtdicke ist – Elektronen während der Bewegung an der Oberfläche streuen. Dies führt zu einem zusätzlichen Widerstand, wodurch der Gesamtwiderstand der Schicht größer ist als der des massiven Materials. Gleichzeitig ist er auch größer als der Widerstand der Schicht ohne Magnetfeld. Diese Abhängigkeit des Schichtwiderstands vom Magnetfeld wird als Magnetowiderstandseffekt bezeichnet und dient üblicherweise zur Messung der Magnetfeldstärke. Beispiele hierfür sind a-Si-, CunSe₂- und CaSe-Dünnschichtsolarzellen sowie Al₂O₃-, CeO₂-, CuS-, CoO₂-, Co₃O₄-, CuO-, MgF₂-, SiO₂-, TiO₂-, ZnS- und ZrO₂-Dünnschichten.
Veröffentlichungsdatum: 11. August 2023