Главная » 2014 » Июль » 23 » Скачать Субмиллиметровая фотопроводимость в низкоразмерных полупроводниковых гетероструктурах. Ерофеева, Ирина Викторовна бесплатно
00:40
Скачать Субмиллиметровая фотопроводимость в низкоразмерных полупроводниковых гетероструктурах. Ерофеева, Ирина Викторовна бесплатно
Субмиллиметровая фотопроводимость в низкоразмерных полупроводниковых гетероструктурах
Диссертация
Автор: Ерофеева, Ирина Викторовна
Название: Субмиллиметровая фотопроводимость в низкоразмерных полупроводниковых гетероструктурах
Справка: Ерофеева, Ирина Викторовна. Субмиллиметровая фотопроводимость в низкоразмерных полупроводниковых гетероструктурах : диссертация кандидата физико-математических наук : 05.27.01 Нижний Новгород, 2006 138 c. : 61 06-1/1022
Объем: 138 стр.
Информация: Нижний Новгород, 2006
Содержание:
Глава 1 Квантовые эффекты в ннзкоразмерных гетероструктурахGaAs/AIGaAs и Ge/GeSi (обзор литературы)
11 Фотопроводимость гетероструктур GaAs/AlGaAs в условиях квантовогоэффекта Холла
111 Квантовый эффект Холла
112 Фотоотклик при циклотронном резонансе в условиях квантового эффектаХолла
113 Фотоотклик па д и к излучение в неквантующих магнитных нолях
114 Механизм фототклика Роль случайного потенциала в механизмефотоотклика
12 Напряженные гетероструктуры Ge/GeixSix с квантовыми ямами
Глава 2 Фотоотклик в гетероструктурах GaAs/AlGaAs с двумернымэлектронным газом
21 Экспериментальная установка
22 Осцилляции Шубпикова-де Гааза Фотоотклик приемппка на широкополосноеизлучение
23 Фотоотклик приемника па монохроматическое излучение
24 Осцилляции продольного сопротивления в слабом (неквантующем)магнитном ноле
25 Изучение снектра фотоотклика нриемника методом фурье-спектроскопии
Глава 3 Перестройка нолоеы чувствительности ириемннка нациклотронном резонансе 2D электронов в условиях квантового эффектаХолла
31 Эксперимептальная установка
32 Осцилляции Шубникова-де Гааза и фотоотклик нриемника на излучение АЧТпри межзонной подсветке Эффект остаточной фотопроводимости
33 Спектральпые исследования нерестройки приемника на циклотронномрезонансе электронов в условиях квантового эффекта Холла
331 Изменение фотоотклика нриемника с измепепием концентрацииносителей нри фиксированной частоте детектируемого излучения
332 Перестройка зон чувствительности в спектрах фотоотклика
34 Детектирование примеспого излучения
341 Методика эксперимента
342 Полученные результаты
35, Времена фотоотклика Случайный потенциал
351 Временные характеристики нриемника на циклотронном резонансеэлектронов в условиях квантового эффекта Холла
352 Механизм фотоотклика Случайный нотенциал
353 Методика эксперимента
354 Зависимость постоянной времени нриемника от мапштного поляМасштаб пространственных флуктуации случайного потенциала
Глава 4 Исследование примесной фотопроводимости в многослойиыхгетероструктурах Ge/Gei-xSIx с кваитовыми ямами методом фурье-спектроскопии
41 Гетероструктуры Ge/Gei-xSix характерные особенности
42 Экспериментальная установка для исследования спектров фотопроводимостив гетероструктурах Ge/Gei-xSix
43 Спектры фотопроводимости в гетероструктурах Ge/GeSi с разной ширинойквантовых ям
431 Спектральные особенности в фотоотклике гетероструктур с ширинойквантовой ямы 200 А
432 Спектры фотопроводимости в гетероструктурах с широкой квантовойямой
433 Фотоотклик, связанный с примесью п-тина в гетероструктурах Ge/GeSi
44 Изменение спектров фотопроводимости гетероструктур Ge/GeSi подвлиянием магнитного поля
45 Резонансные состояния акцепторов в гетероструктурах Ge/Gei-xSix сквантовыми ямами
Глава 5 Исследование гетероструктур Ge/GeixSix с помощью ламп обратпойволиы
51 Экспериментальная установка
52 Фотопроводимость гетероструктур Ge/GeixSix в длинноволновой части ДИКдиапазона
53 Примесное мапштопоглощение в гетероструктурах Ge/Gei-xSix 119Заключепие
Введение:
Развитие современной физики и технологии полупроводников определяетсяпрогрессом в понимании и унравлении электронными и оптоэлектронными свойстваминизкоразмерных систем. Интенсивные исследования квантоворазмерпыхполупроводниковых систем, которые нроводились в течение последпих двух десятилетий,уже привели к созданию целого ряда новых приборов от одноэлектронных транзисторовдо источников и приемников излучения различных диапазонов. Однако терагерцовый(субмиллиметровый, дальний инфракрасный (ДИК)) диапазоп все еще недостаточно«заполнен» твердотельными приборами, которые могли бы испускать и детектироватьизлучепие селективным образом. Такие приборы могли бы иметь широкое применение,например, для формирования изображения в терагерцовом диапазоне в медицине, вкачестве химических и биологических сенсоров, в широкополосной связи,радиоастрономии, для диагностики атмосферы со снутпиков, в компьютерной технике,тестировании интегральных схем и др. В будущем возможно применение терагерцовогоизлучения для соединения интегральных схем, соединений компьютер-компьютер,коммуникации «последней мили».В терагерцовый дианазон попадают энергии различных переходов внизкоразмерных полупроводпиковых гетероструктурах, которые могут бытьиспользованы для детектирования излучения. В настоящее время в терагерцовом иинфракрасном (ИК) дианазонах известны приемники на свободных носителях,работающие в условиях квантового эффекта Холла [1, 2], приемники на основевертикального транспорта в квантовых ямах [3-12], нриемники на квантовых точках [1317], на примесных переходах [А5].Ириборы на основе квантового эффекта Холла являются чувствительнымидетекторами излучения ДИК диапазопа [1,2]. Поглощение электромагнитного излученияв условиях циклотронного резонанса (ЦР) приводит к возрастапию продольногосопротивлепия вследствие фотовозбуждения электронов и дырок в делокализованныесостояния вблизи центров уровней Ландау над и под уровнем Ферми соответственно. Этопозволяет использовать 2D электронный газ в условиях квантового эффекта Холла длянриема излучения в ДИК диапазоне. Максимальная фоточувствительность такогоприемника (10* В/Вт при эквивалептпой мощности щума NEP (noise equivalent power) lO''"* Вт/Гц'^[1]) реализуется вблизи минимумов продольпого сопротивления помагнитному полю, поскольку в этом случае любое увеличение числа делокализованныхносителей заряда дает заметный вклад в сигнал фотонроводимости. Такие приемникиявляются узкополосными и перестраиваемыми в пебольшом диапазоне с помощью4магнитного поля и в более широком интервале нри одновременном изменении магнитногоноля и концентрации двумерных электронов [1].Хорошо известны приемники на межподзонных переходах в квантовых ямах [3],работаюшие в дальнем и среднем инфракрасном диапазоне. В нолунроводниках энергиипереходов валентная зона — зона проводимости нонадают в дальний ИК диапазон только вузкозонных материалах, которые являются достаточно сложными с точки зрения роста иизготовления нриборов. Для традиционно используемых в электронике болееширокозонных полупроводников, таких как Si, GaAs, хорошо отработаны всетехнологические процессы, и использование этих материалов более нредночтительно. Втаких нолупроводниках поглошение в дальпем и среднем ИК дианазонах достигается засчет легирования в результате не межзонных переходов, а переходов в пределах однойзоны. Для этого создаются структуры с квантовыми ямами, где возможны переходымежду уровнями размерного квантования. В работе Левина и др. [4] сообшалось осоздании такого приемника на основе гетероструктуры GaAs/AlGaAs с квантовымиямами. Использовался переход из основного состояния в квантовой яме в состоянияконтинуума; энергия нерехода соответствовала длине волны 10.8 мкм (115 мэВ). Созданытакже приемники на межподзопных нереходах, работаюшие в более коротковолновойобласти: в районе 4 мкм (310 мэВ) на гетероструктуре InGaAs/InAlAs/InP [5] и 3 мкм(413 мэВ) в GaAs/AlInP, и в более длинноволновом диапазоне: 8 - 1 2 мкм (103-155 мэВ)в InGaAs/InP [7], InGaAsPЯпP [3], GaAs/GalnP [8], в районе 15 мкм (82 мэВ) вInGaAs/GaAs [3], и 28 мкм (44мэВ) в GaAs/AlGaAs [9]. Легирование можетосушествляться как примесью «-, так и примесью/7-типа [10-12].Механизм поглошения ИК излучения в таких приемпиках состоит в возбужденииэлектрона (дырки) из основного состояния в легированной квантовой яме в возбужденноесостояние вблизи континуума. Возбужденный носитель может выйти из квантовой ямы,внося, тем самым, вклад в фототок при вертикальном транснорте. Параметры квантовойямы могут подбираться таким образом, чтобы варьировать межподзонный спектрпоглошения в нужную сторону, при этом может меняться как частота пика поглошения,так и его спектральпая ширина. Большое число квантовых ям увеличивает величинуфототока. Высокая чувствительность (i? = 0.52 А/Вт при Х= 10.8 мкм (115мэВ) [4])достигается путем увеличепия толшины барьеров для уменьшения величины туннельноготока.Приемники на межнодзонных нереходах в квантовых ямах, созданные па основегетероструктур GaAs/AlGaAs, привлекательпы тем, что благодаря хорошо отработаннойдля GaAs технологии роста имеется возможность точно унравлять зонной структурой и.следовательно, спектральным откликом, это позволяет создавать иптегрированные (в томчисле мультиспектральные) ИК приемники, а в перспективе - монолитныесветочувствительные матрицы для формирования изображения в дальнем ИК диапазоне.Недавно на основе гетероструктуры GaAs/AlGaAs создан одноэлектронныйтранзистор, содержащий одну квантовую точку, работающий в терагерцовом дианазонечастот в сильном магнитном поле [16]. Конструкция приемника содержит плоскуюдипольную антенну, которая обеспечивает связь излучепия с квантовой точкой. Припоглощении единичного фотона в квантовой точке (ноглощение на ЦР) возбужденныеэлектрон и дырка, отдав свою энергию решетке, релаксируют в пространственно разныеобласти структуры, создавая этим электрическую поляризацию квантовой точки.Регистрируется сигнал фотонроводимости в зависимости от напряжения на затворе Fg.Каждый ноглощенный фотон приводит к сдвигу пика фотопроводимостиодноэлектронного транзистора на некоторую величину Fg (-0.6 мВ). С помощью такогоприбора может осуществляться счет фотонов в ТГц-диапазоне. Все измеренияпроизводятся при Г=0.4К. Иптервал магнитных полей B = 3A-i-4.2Т соответствуетобласти поглощаемого излучения 1.5-^1.8TГц (6.2 ч-7.4 мэВ) на ЦР. Быстродействиетакого приемника составляет около 0.001^0.01 с, квантовая эффективность оцениваетсякак 0.1%, эквивалентная мощность шумаИЕР составляет порядка Ю''^ ^ Вт/Гц'"^ [17].Чувствительные фотонриемники терагерцового дианазона могут быть созданы наоснове полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами с мелкими примесями,поскольку в этот диапазон попадают частоты внутрицентровых примеспых переходов. Вработе [А5] впервые описан фотоэлектрический приемник на основе напряженныхгетероструктур Ge/GeSi с квантовыми ямами с остаточной акцепторной примесью. Такойприемник имеет полосу чувствительности, смещенную относительно полосы приемникана объемном p-Ge в длинноволновую область. Приемники, работающие на механизмевозбуждения мелких нримесных центров излучением диапазона hco =4-;-12.4 мэВ,являются селективными и могут нерестраиваться с помощью мапштного поля.Привлекательность нанряженных гетероструктур Ge/GeSi связана с возможностьюуправления энергетическим спектром мелкого примесного центра нутем изменениявстроенной деформации, а также за счет эффектов размерного квантования в слояхгетероструктуры.Целью настоящей дпссертацнонпон работы являлось установление основныхзакономерностей фотонроводимости низкоразмерных полупроводпиковых гетероструктурGaAs/AlGaAs и Ge/GeSi в ДИК диапазоне и детальное исследование механизмовфотоотклика. В структурах GaAs/AlGaAs с двумерным (2D) электронным газом нагетеронереходе основное внимание было уделено нерестройке нолосыфоточувствительности в условиях квантового эффекта Холла и временнымхарактеристикам фотоотклика. В другой исследованной гетеросистеме - напряженныхгетероструктурах Ge/GeSi р-тина с квантовыми ямами, исследовались спектральныехарактеристики фотонроводимости, связанной с фотовозбуждением акценторов, и ихэволюция в сильных магнитных полях.Содержание диссертации.Диссертационная работа состоит из Введения, шести глав и Заключения.Во Введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цельработы и приведены положения, выносимые на защиту.
