Variation of energy gap and resistivity minimum position with thickness in bismuth thin films

TLDR: In this paper, Wismuth thin films of different thicknesses between about 20 and 225 nm are vacuum deposited at room temperature in a vacuum of 3 × 10−3 Pa. The films are heat-treated "in situ" and the resistances monitored.

Abstract: Bismuth thin films of different thicknesses between about 20 and 225 nm are vacuum deposited at room temperature in a vacuum of 3 × 10−3 Pa. The films are heat-treated “in situ” and the resistances monitored. It is found that the resistivity-temperature plots of the films after heat-treatment are non-linear and exhibit a minimum whose position is a function of thickness. It is also found that the films behave as semiconductors, the band gap decreasing with increasing thickness. The observations are interpreted on the basis of quantum size effect and the limitation of the electronic mean free path by the grain size of the films. Dunne Wismuth-Schichten verschiedener Dicken zwischen 20 und 225 nm werden bei Zimmer-temperatur im Vakuum von 3 × 10−3 Pa hergestellt. Die Schichten werden “in situ” getempert und der Widerstand verfolgt. Es wird gefunden, das die Widerstands-Temperatur-Verlaufe der Schichten nach der Warmebehandlung nichtlinear sind und ein Minimum aufweisen, dessen Lage von der Schichtdicke abhangt. Es wird ebenfalls gefunden, das sich die Schichten wie Halbleiter verhalten, wobei die Bandlucke mit zunehmender Schichtdicke abnimmt. Die Beobachtungen werden auf der Grundlage des Quantensize-Effekts und der Begrenzung der mittleren freien Weglange der Elektronen durch die Korngrose der Schichten erklart.