金属薄膜の電気伝導特性

薄膜の電子特性はバルク材料の電子特性とは大きく異なり、薄膜に現れる物理的効果の中には、バルク材料では見られないものがある。

バルク金属の場合、抵抗は温度の低下に伴って減少します。高温では抵抗は温度に対して1回しか減少しませんが、低温では抵抗は温度に対して5回減少します。しかし、薄膜の場合は全く異なります。薄膜の抵抗率はバルク金属よりも高い一方で、温度低下後の抵抗率の減少速度はバルク金属よりも速くなります。これは、薄膜の場合、抵抗に対する表面散乱の寄与が大きいためです。

薄膜の異常な導電率のもう一つの現れは、磁場が薄膜の抵抗に及ぼす影響です。外部磁場の作用下にある薄膜の抵抗は、ブロック状材料の抵抗よりも大きくなります。その理由は、薄膜が螺旋軌道に沿って前進する際、螺旋線の半径が薄膜の厚さよりも大きい限り、移動過程において電子が表面で散乱し、追加の抵抗が生じるため、薄膜の抵抗がブロック状材料の抵抗よりも大きくなるからです。同時に、磁場の作用がない場合の薄膜の抵抗よりも大きくなります。この薄膜抵抗の磁場依存性は磁気抵抗効果と呼ばれ、通常は磁場強度の測定に用いられます。例えば、a-Si、CuNSe2、CaSe薄膜太陽電池、Al2O3、CeO、CuS、CoO2、CO3O4、CuO、MgF2、SiO、TiO2、ZnS、ZrOなどの薄膜太陽電池が挙げられます。