WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Квантованная проводимость в кремниевых квантовых проволоках Дальнейшее рассмотрение удобно вести в матрич- подавление обратного рассеяния баллистических носиной форме, в рамках которой введем столбец но- телей между барьерами, а также усиление их рассеяния внутри одноэлектронных подзон.

вых комплексных амплитуд. Для этого вводим векторы Таким образом, предложенная модель модулированAj+1 и Xj = Aj, с помощью которых Xj+1 = ной квантовой проволоки позволяет описать осцилляции B B j+1 j получаем плато квантованной проводимости в рамках квантовой Xj+1 = DjXj, (34) интерференции носителей тока на сверхрезких внутренних барьерах. Эти осцилляции демонстрируются в на im 1 k j - 2k j+1 + + exp[i(k - k )Lj] стоящей работе на основании результатов исследоваj j+2 2k j+ ний модулированной квантовой проволоки [001] длиной k 1 j - im + - exp[-i(k + k )Lj] 2 j j+k 2 2k j+1 j+. 5 мкм, полученной с помощью методики расщепленного Dj = затвора в плоскости кремниевой квантовой ямы (100) k im 1 j + - exp[i(k + k )Lj] 2 j j+p-типа (рис. 13, b и c). Концентрация двумерных дырок, k 2 2k j+1 j+ k im 1 j 1.6 · 1013 м-2, и сечение одномерного канала, 2 2нм2, + + exp[-i(k - k )Lj] 2 j j+ k 2 2k j+1 j+определяли вклад легких и тяжелых дырок в кванто(35) ванную проводимость, который проявлялся в величине Амплитуды прошедшей и отраженной волн определяют- ее ступенек, зарегистрированных в условиях развертки ся из системы двух линейных алгебраических уравнений, напряжения UDS = Ug + Uds, приложенного вдоль плосзаписываемых в матричной форме как кости исследуемой квантовой ямы, ограниченной двумя сегнетоэлектрическими -барьерами. Как отмечено выXn = Dn-1Xn-1 = Dn-1Dn-2...D0X0 = RX0, ше, формирование одномерных подзон в этом случае возникает за счет упорядочения примесных диполей в n-сегнетоэлектрических -барьерах (Ug > 0), тогда как R = Dj, развертка продольного напряжения Uds обеспечивает j=изменение кинетической энергии баллистических дырок.

Вышесказанное позволяет идентифицировать наблюда1 A X0 =, Xn =, (36) емые осцилляции плато квантованной проводимости B как индуцированные интерференционными эффектами при упругом обратном рассеянии дырок на -образных решение которой имеет вид барьерах. Причем их гашение с увеличением номера R21 R12Rверхнего занятого состояния обусловлено сверхчувствиB = -, A = R11 -. (37) R22 R22 тельностью интерференции баллистических дырок к ширине квантовой проволоки и резкости модулирующих Произведение матриц R = Dn-1Dn-2...D0 может быть барьеров (рис. 13, b).

вычислено аналитически только в случае нулевого проСледует отметить, что осциллирующий характер пладольного электрического поля, тогда как при его наличии то квантованной проводимости как функции Uds, повозможен только численный анализ, если n произвольное видимому, может выполнять роль экспериментального число.

теста для того, чтобы выделить эффекты квантовой инКоэффициент прохождения вычисляется как отноше- терференции в модулированных квантовых проволоках ние плотностей прошедшего и падающего потоков ча- на фоне кулоновских осцилляций, возникающих при стиц: развертке Ug, Ug1, Ug2 вследствие образования кванJtr kn товых точек между -образными барьерами. Подобная T = = |A|2. (38) Jf k0 взаимосвязь кулоновских осцилляций и интерференционных эффектов была обнаружена ранее в структурах Результаты численного анализа ВАХ проводимости и с расщепленным затвором [30], что, возможно, явилось тока в зависимости от параметров модулированной проследствием неконтролируемых девиаций Uds в процессе волоки приведены на рис. 13, a. Периодические осрегистрации зависимости G(Ug). Причем амплитуда цилляции проводимости и тока возникают в результате фоновых осцилляций, обусловленных квантовой интерквантовой интерференции носителей тока на барьерах ференцией на -образных барьерах, была сравнима с внутри модулированной квантовой проволоки. Следуамплитудой регистрируемых кулоновских осцилляций.

ет отметить, что значения параметров модулированной Гораздо более трудной задачей является идентификаквантовой проволоки, в особенности мощность единичция кулоновских осцилляций на фоне нескольких плато ного барьера, используемые при расчете зависимостей квантовой лестницы проводимости [41,42]. Форма ВАХ, на рис. 13, a, были выбраны в рамках -потенциальной регистрируемая в этом случае, аналогична представленмодели, поскольку интерференция баллистических ноной на рис. 13, b и c, но в отличие от квантовой сителей, подтверждаемая осцилляциями квантованной интерференции на -барьерах кулоновские осцилляции проводимости, мгновенно исчезает, как только барьеры имеют значительно меньшую амплитуду на фоне кванвнутри модулированной квантовой проволоки перестают товой лестницы проводимости, G gsgve2/h. Однабыть резкими. Причиной этого ограничения является ко основным признаком принадлежности осцилляций в 7 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 482 Н.Т. Баграев, А.Д. Буравлев, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренко, В. Гельхофф, В.К. Иванов, И.А. Шелых области плато квантовой лестницы проводимости либо Обнаружены осцилляции плато квантовой лестницы к квантовой интерференции, либо к кулоновским осцил- проводимости, которые обусловлены квантовой интерфеляциям является их различная реакция на изменение ренцией дырок на -барьерах в модулированных кремникинетической энергии носителей тока в условиях варьи- евых проволоках p-типа. Определены условия применерования Uds.

ния методики расщепленного затвора для регистрации квантовой интерференции на фоне кулоновских осцилляций в условиях транспорта одиночных носителей в Заключение модулированных квантовых проволоках.

Таким образом, с помощью методики расщепленного Авторы выражают благодарность В.И. Перелю и затвора были реализованы и исследованы различные верВ.В. Кведеру за полезное обсуждение результатов сии квантовой лестницы электронной и дырочной проработы.

водимости одномерных каналов, электростатически индуцированных внутри самоупорядоченных кремниевых Данная работа выполнена при поддержке программ квантовых ям. Для этой цели использовались узкие кван”Физика твердотельных наноструктур” (ФТНС, протовые ямы (2нм), спонтанно сформированные между ект 97-1040) и ”Фуллерены и атомные кластеры” (просильно легированными -барьерами внутри сверхмелких ект 3-1-98).

диффузионных профилей бора (10–30 нм), полученных путем неравновесной диффузии на поверхности Si (100).

Характеристики самоупорядоченных кремниевых квантовых ям n- и p-типа проводимости определялись при Список литературы регистрации угловых зависимостей спектров циклотронного и электронного парамагнитного резонансов, ко[1] T.J. Thornton. Rep. Progr. Phys., 58, 311 (1995).

торые позволили идентифицировать кристаллографиче[2] C.W.J. Beenakker, H. van Houten. In: Solid State Phys., ed.

скую ориентацию квантовых ям и сегнетоэлектрические by H. Ehrenreich, D. Turnbull (Academic Press, N.Y., 1991).

свойства -барьеров. Благодаря малой ширине квантовых [3] M.A. Kastner. Phys. Today, 46, 24 (1993).

ям и сегнетоэлектрическим свойствам ограничивающих [4] R. Landauer. IBM J. Res. Dev., 1, 233 (1957).

их -барьеров, ВАХ квантовой лестницы проводимости [5] M. Bttiker. Phys. Rev. Lett., 57, 1761 (1986).

одномерных каналов впервые были исследованы при [6] D.A. Wharam, T.J. Thornton, R. Newbury, M. Pepper, высокой температуре (T 77 K) в зависимости от H. Ahmed, J.E.F. Frost, E.G. Hasko, E.C. Peacock, кинетической энергии электронов и дырок.

D.A. Ritchie, G.A.C. Jones. J. Phys. C, 21, L209 (1988).

Установлено, что величина квантовых ступенек элек[7] B.J. van Wees, H. van Houten, C.W.J. Beenakker, J.G. Williamтронной проводимости проволок n-типа определяется son, L.P. Kouwenhoven, D. van der Marel, C.T. Foxon. Phys.

анизотропией зоны проводимости кремния в ориентаRev. Lett., 60, 848 (1988).

ции [001] (G0 = 4e2/h, gv = 2) и [011] (G0 = 8e2/h, [8] T.J. Thornton, M. Pepper, H. Ahmed, D. Andrews, G.J. Davies.

gv = 4).

Phys. Rev. Lett., 56, 1198 (1986).

Впервые зарегистрирована квантовая лестница дыроч[9] A. Yakoby, H.L. Stormer, Ned S., Wingreen, L.N. Pfeiffer, ной проводимости кремниевых проволок p-типа. В этом K.W. Baldwin, K.W. West. Phys. Rev. Lett., 77, 4612 (1996).

случае квантовые ступеньки проводимости возникали [10] J.I. Pascual, J. Mendez, J. Gomez-Herrero, A.M. Bar, как результат независимых вкладов одномерных подзон N. Garcia, V.T. Binh. Phys. Rev. Lett., 71, 1852 (1993).

тяжелых и легких дырок, что проявлялось при исследо[11] N.T. Bagraev, W. Gehlhoff, L.E. Klyachkin, A.M. Malyarenko, вании квадратных квантовых проволок в удвоении кванA. Nser. Mater. Sci. Forum, 258–263, 1683 (1997).

товых ступенек (G0 = 4e2/h), за исключением первой [12] N.T. Bagraev, E.I. Chaikina, W. Gehlhoff, L.E. Klyachkin, квантовой ступеньки, которая равна 2e2/h вследствие I.I. Markov, A.M. Malyarenko. Sol. St. Electron., 42, отсутствия вырождения нижней одномерной подзоны.

(1998).

Показано, что температурное и полевое тушение кван[13] G. Grabeski, J. Wrobel, T. Dietl, K. Byczuk, E. Papis, товой лестницы проводимости возникает, когда kT и E. Kaminska, A. Piotrowska, G. Springholz, M. Pinczolits, энергия полевого разогрева носителей тока становятся G. Bauer. Phys. Rev. B, 60, 5133 (1999).

сравнимыми с величиной энергетического зазора между [14] Н.Т. Баграев, А.Д. Буравлев, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренодномерными подзонами.

ко, С.А. Рыков, А.В. Суворов. Тез. докл. на ISSCRM-Обнаружен эффект усиления амплитуды квантовых (Новгород, НГУ, (2000) с. 76.

ступенек при увеличении кинетической энергии электро- [15] Y. Nakajima, Y. Takahashi, S. Horiguchi, K. Iwadate, нов в проволоках конечной длины, не описываемых в H. Namatsu, K. Kurihara, M. Tabe. Extend. Abs. IC SSDM режиме квантового точечного контакта.

(Yokohama, Japan, 1994) c. 538.

Обнаружена спонтанная спиновая поляризация тяже- [16] I.P. Kouwenhoven, B.J. van Weecs, C.J.P.M. Harmans, лых и легких дырок, возникающая вследствие доминиро- J.G. Williamson, H. van Houten, C.W.J. Beenakker, C.T. Foxon, вания обменного взаимодействия при слабом заполнении J.J. Harris. Phys. Rev. B, 39, 8040 (1989).

нижних одномерных подзон в кремниевых квантовых [17] K.J. Thomas, J.T. Nicholls, M.Y. Simmons, M. Pepper, проволоках. D.R. Mace, D.A. Ritchie. Phys. Rev. Lett., 77, 135 (1996).

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Квантованная проводимость в кремниевых квантовых проволоках [18] K.J. Thomas, J.T. Nicholls, N.J. Appleyard, M.Y. Simmons, Quantum conductance in silicon quantum M. Pepper, D.R. Mace, W.R. Tribe, D.A. Ritchie. Phys. Rev.

wires B, 58, 4846 (1998).

N.T. Bagraev, A.D. Bouravleuv, L.E. Klyachkin, [19] K.J. Thomas, J.T. Nicholls, M. Pepper, W.R. Tribe, M.Y. Simmons, D.A. Ritchie. Phys. Rev. B, 61, 13 365 (2000). A.M. Malyarenko, W. Gehlhoff, V.K. Ivanov+, [20] K.S. Pyshkin, C.J.B. Ford, R.H. Harrell, M. Pepper, E.H. Lin- I.A. Shelykh+ field, D.A. Ritchie. Phys. Rev. B, 62, 15 842 (2000).

Ioffe Physicotechnical Institute, [21] Chuan-Kui Wang, K.-F. Berggren. Phys. Rev. B, 54, 14 Russian Academy of Sciences, (1996).

194021 St. Petersburg, Russia [22] Chuan-Kui Wang, K.-F. Berggren. Phys. Rev. B, 57, (1998). Institut fr Festkrperphysik, [23] A.M. Bychkov, I.I. Yakymenko, K.-F. Berggren. In: Proc.

Technische Universitt Berlin, 8th Int. Symp. ”Nanostructures: Physics and Technology” D-10623 Berlin, Germany + (St. Petersburg, 2000) c. 391.

St. Petersburg State Technical University, [24] Kenji Hirosi, Shu-Shen Li, N.S. Wingreen. Phys. Rev. B, 63, 195251 St. Petersburg, Russia 33 315 (2001).

[25] A. Gold, L. Calmels. Phil. Mag. Lett., 74, 33 (1996).

Abstract

We present the first findings of the electron and [26] B. Spivak, Fei Zhou. Phys. Rev. B, 61, 16 730 (2000).

hole quantum conductance staircase revealed by one-dimensional [27] Masao Ogata, Hidetoshi Fukuyama. Phys. Rev. Lett., 73, channels that are created by the split-gate technique inside self(1994).

assembled silicon quantum wells (SQW). Firstly, the quantum [28] Takashi Kimura, Kazuhito Kuroki, Hideo Aoki. Phys. Rev. B, wells that are spontaneously formed by non-equilibrium impu53, 9572 (1996).

rity diffusion between heavily doped -barriers on the Si (100) [29] Siego Tarucha, Tacashi Honda, Tadashi Saki. Sol. St. Comsurface are defined by the SIMS, cyclotron resonance (CR) and mun., 94, 413 (1995).

electron paramagnetic resonance (EPR) methods. The angular [30] T. Heinzel, S. Manus, D.A. Wharam, J.P. Kotthaus, G. Boehm, dependencies of the CR and EPR spectra allow to find out the W. Klein, G. Traenkle, W. Weimann. Europhys. Lett., 26, SQW crystallographic orientations and ferroelectric properties for (1994).

the -barriers. Since the self-assembled SQW obtained are ultra[31] U. Gsele, T.Y. Tan. Def. Dif. Forum, 59, 1 (1988).

narrow while the -barriers are two-dimensional ferroelectrics, the [32] W. Gehlhoff, N.T. Bagraev, L.E. Klyachkin. Mater. Sci. Forum, quantum conductance was measured, for the first time, at an 196–201, 467 (1995).

elevated temperature (T 77 K). Moreover, the current-voltage [33] Н.Т. Баграев, А.Д. Буравлев, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренcharacteristics (CV) of the quantum conductance are studied ко, С.А. Рыков. ФТП, 34, 726 (2000).

as a function of the kinetic energies of electrons and holes as [34] N.T. Bagraev, E.I. Chaikina, L.E. Klyachkin, I.I. Markov, well as their two-dimensional concentration and by varying the W. Gehlhoff. Superlat. Microstruct., 28, 337 (1998).

crystallographic orientation and the degree of the modulation of [35] W. Gehlhoff, N.T. Bagraev, L.E. Klyachkin. Sol. St. Phenothe electrostatically induced quantum wires. The results obtained mena, 47–48, 586 (1996).

demonstrate that the quantum conductance of the n-type quantum [36] А.Н. Андронов, Н.Т. Баграев, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренwires is defined by the anisotropy of the silicon conduction band ко, С.В. Робозеров. ФТП, 33, 851 (1999).

being in good agreement with the valence factor due to the [37] N.T. Bagraev, L.E. Klyachkin, A.M. Malyarenko, W. Gehlhoff.

axes [001] (G0 = 4e2/h, gv = 2) and [011] (G0 = 8e2/h, gv = 4) Superlat. Microstruct., 23, 1333 (1998).

inside the Si (100) plane. The quantum conductance of the p-type [38] Н.Т. Баграев, Л.С. Власенко, А.И. Меркулов. ЖЭТФ, 81, quantum wires is caused by independent contributions from one2160 (1981).

dimensional heavy and light hole subbands that are revealed by [39] B. Camarota, F. Parage, I. Wooldridge. J. Low Temp. Phys., the studies of quadrant quantum wires as a double step staircase 118, 589 (2000).

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.