6.6.8. Температурная зависимость спектров

Первые систематические измерения зависимости -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 Для гарантии того, что -шум доминирует над тепловым шумом в изучаемом диапазоне частот Гц, использовались токи с большой плотностью порядка 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 -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 -шум: измерения, проведенные в воздухе, в гелии и в вакууме, дали идентичные результаты.

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

Пример одного из спектров, полученных Эберхардом и Хорном для при 390 К, приводится на рис. 6.2. Спектр следует зависимости в интервале трех декад частот, где показатель а равен Наблюдался небольшой рост величины а (около 20%) при уменьшении температуры до 150 К. Такой -ный рост а наблюдался у пленок и, по-видимому, он не зависит от толщины образца.

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

Рис. 6.3. Температурная зависимость -шума на 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 флуктуаций Восса 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 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

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

Влияние подложки на температурную зависимость -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 -шумовые спектры пленок из и б) для температуры ниже комнатной шум в также не зависит от подложки, а в случае Си использование кварцевой подложки приводит к значительному отличию от поведения, представленного на рис. 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 -шу-ма двух типов в металле, один из которых (шум типа А) слаба 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.