WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

3. Проявление кулоновской щели при туннелировании между параллельными ДЭГ в однобарьерных гетероструктурах GaAs/Al0.4Ga0.6As/GaAs c -легированием В данном разделе будут представлены результаты исследования переноса электронов через однобарьерные гетероструктуры GaAs/Al0.4Ga0.6As/GaAs, в которых параллельные слои низкоподвижного ДЭГ по обе стороны барьера были сформированы с помощью -легирования кремнием. Измерения в отсутствие магнитного поля продемонстрировали наличие пика проводимости G(V ) при V 0, обусловленного РТ между такими параллельными ДЭГ в околобарьерных областях. Это явилось дополнительным подтверждением интерпретации нулеРис. 4. Зависимость энергии Ферми EF от напряжения V вых аномалий, данной в предыдущем разделе. Основв аккумуляционном слое образца с барьером 5 нм, полученная ным же результатом описываемых в данном разделе из анализа магнитоосцилляций. Сплошной линией показана исследований является наблюдение кулоновской щели линейная аппроксимация указанной зависимости.

в туннельной плотности состояний при туннелировании между ДЭГ с низкой подвижностью электронов, выразившееся в подавлении и расщеплении (туннельной причиной чего, вероятно, является существование при щели) пика проводимости при V 0 в сильном магнитV = 0 остаточного обогащенного электронного слоя ном поле B I. Аналогичность проявлений кулоновской в эмиттерной прибарьерной области. Поскольку анало- щели в структурах с -легированием и без такового гичные зависимости энергии Ферми (и концентрации явилась еще одним независимым доказательством спраэлектронов) от напряжения были получены и для V < 0, ведливости интерпретации природы нулевых аномалий вследствие симметричности наших структур следует по- в структурах без -легирования.

лагать, что при V = 0 обогащенные слои с практически Исследовавшиеся здесь однобарьерные структуры одинаковыми концентрациями электронов в них суще- GaAs/Al0.4Ga0.6As/GaAs отличались от использовавшихФизика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Нулевые аномалии транспортных характеристик однобарьерных гетероструктур GaAs/AlAs/GaAs... ших напряжениях обсуждаться не будет. Наличие пика проводимости при V 0 в данных структурах, отличающихся от рассмотренных в предыдущем разделе лишь преднамеренно созданными слоями ДЭГ, подтверждает предложенную нами интерпретацию нулевых аномалий.

Изменения проводимости с увеличением B I при туннелировании между параллельными ДЭГ отражают, в соответствии с [12], формирование и движение относительно уровня Ферми уровней Ландау. С этой точки зрения колебания проводимости при V 0 с ростом B от 0 до 7 Тл легко объяснимы изменением плотности состояний на уровне Ферми в ДЭГ в магнитном поле. Существенно более слабые колебания dI/dV (V 0) в образцах без -легирования в этом интервале B обусловлены, вероятно, меньшей концентрацией электронов в ДЭГ при сравнимых значениях уширения уровней Ландау. Явная структура особенностей, проявляющихся при отличных от нуля напряжениях, начиная с B 5 Tл, cвязана с переходами между уровнями Ландау с различными индексами. По достижении B = 8 Тл, когда под уровнем Ферми в каждом ДЭГ остается только один уровень Ландау, проводимость при V 0 снова начинает возрастать в соответствии с ростом плотности состояний на уровне Ферми в каждом из ДЭГ при движении к нему последнего уровня Ландау. Одновременно с ростом пика проводимости появляется и начинает углубляться провал в G(V ) при V 0, являющийся отражением кулоновской щели в туннельной плотности состояний, сформировавшейся в условиях ультраквантового предела.

Рис. 5. Зависимости dI/dV = G(V ) для образца с -слоями, Далее произведем сравнение наших экспериментальлегированными Si, измеренные при T = 4.2 K, в интервале ных данных, касающихся наблюдения кулоновской щели, B I от 0 до 15 Тл. Интервалы магнитного поля B, Тл:

a —0-7, b —8-15. На вставке — зонная диаграмма иссле- с данными работ [8,11], в которых кулоновская щель дованной структуры. наблюдалась при туннелировании между ДЭГ с высокой подвижностью электронов. Зависимость от B параметра ширины щели, определявшегося по аналогии с [8,11] как разность напряжений V для максимумов зависися в экспериментах, описанных в предыдущем разделе, мости G(V ) при V 0, оказалась в нашем случае наличием преднамеренно созданных по обе стороны в высокой степени линейной и описывалась выражением барьера слоев ДЭГ с помощью -легирования кремнием.

= 0.3c. Вработах [8,11] эти зависимости также были Концентрация кремния в -слоях составляла 3·1011 см-2, линейными и описывались выражениями = 0.44c и а располагались эти слои на расстоянии 5 нм от барье = 0.2c соответственно. Отметим, что в случае [8] ра. Измерения осцилляций Шубникова–де-Гааза в данделалась попытка подгонки экспериментальных данных структурах показали, что концентрация электронов ных к выражению = 2e2/l0, где l0 =( /eB)1/2 — в ДЭГ совпадает с предполагавшейся технологически магнитная длина, полученному в теоретической раконцентрацией Si в -слоях. Кроме того, данные струкботе [9]. Однако аппроксимация данных функциями туры отличались от предыдущих толщиной барьера, со = Ae2/l0, где A — коэффициент, привела к результату ставлявшей 12 нм, и, что очевидно, составом барьерного = 0.9e2/l0, отличающемуся на порядок от предскаслоя. Профиль дна зоны проводимости исследованных занного в [9]. Кроме того, следует отметить, что велиструктур при V 0 представлен на вставке к рис. 5.

чина = 0.3c совпадает с полученной в предыдущем Зависимости dI/dV = G(V ) для этих структур, изме- разделе для образцов без -легирования.

ренные при T = 4.2 K в интервале параллельных току Исследование температурной зависимости G при магнитных полей от 0 до 15 Тл, представлены на рис. 5.

B = 15 Тл в интервале от 2.5 до 15 K (рис. 6) поКак видно из рис. 5, a, зависимость G(V ) при B = казало, что щель практически полностью подавляется демонстрирует наличие заметного пика проводимости при T 11 K. Аналогичный результат, несмотря на вблизи нулевого напряжения, обусловленного РТ между разность концентраций электронов в ДЭГ, представлен параллельными ДЭГ, расположенными по разные сторо- и в работе [8]. В последнем случае (когда концентрация ны барьера [11]. Природа пиков проводимости при боль- составляла 1.6 · 1011 см-2) подавление щели в поле 6 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 722 Ю.Н. Ханин, Ю.В. Дубровский, Е.Е. Вдовин ют различного вида сингулярные туннельные щели на уровне Ферми (см., например, [6,7]). Для выявления роли беспорядка в наших образцах необходимо проведение дополнительных экспериментов при температурах T < 1 K, которые могут дать нам возможность корректного количественного сравнения зависимостей G(V ) в области щели как с теоретическими предсказаниями, так и с результатами экспериментов [8,11], проводившихся преимущественно при T < 1K. Независимо от конкретного вида теоретической модели, предсказывающей туннельную щель на уровне Ферми, принципиальной причиной ее возникновения является корреляционное кулоновское взаимодействие с ДЭС.

Поэтому, несмотря на невыясненность конкретного механизма формирования кулоновской щели, у нас есть все основания полагать, что в нашем эксперименте впервые зарегистрирована кулоновская щель при туннелировании между параллельными ДЭС с низкой подвижностью электронов — в ультраквантовом пределе по магнитному полю.

Рис. 6. Зависимости G(V ) для образца с -слоями, легированными Si, измеренные при B = 15 Тл, в интервале температур 4. Заключение от 2 до 15 K (при T = 2.0, 4.2, 5.2, 6.1, 7.2, 8.3, 10.3 и 15 K).

В работе представлены результаты исследования магнитоосцилляций проводимости в параллельном току магнитном поле (B I) в однобарьерных гетерострукB = 14 Тл происходило при T = 10 K. В работе [11] турах GaAs/AlAs/GaAs cо спейсерами, обладавших разсообщаются результаты исследования температурной личными толщинами барьеров. Полученные данные поззависимости только при B 8 Тл. В случае B = 8Тл волили показать, что причиной аномалий в дифференщель подавлялась при T = 6 K. На основании сравциальной проводимости G этих структур при V нения наших данных с результатами [8] полагаем, что является резонансное туннелирование (РТ) между паконцентрация ДЭГ слабо влияет на величину щели раллельными ДЭГ в обогащенных слоях, образовав(в [11] концентрация составляла 1011 см-2). Поскольку шихся по обе стороны барьера из-за наличия в басуществует линейная зависимость от магнитного поля, рьере донорных примесей Si. Представлены результаты = 0.44c, мы можем предполагать, что подавление исследований транспорта как через гетероструктуры щели в поле B 14 Тл произошло бы в условиях с -легированием, так и без него в магнитном поле эксперимента [11] при T 10 K и считать их результат B I. Эти данные продемонстрировали в сильных посовпадающим как с нашим, так и с данными [8]. Досталях, когда в каждом из ДЭГ по обе стороны барьера точную близость значений демонстрируют и параметры заполнен только один уровень Ландау, появление анощели при одинаковых B. Для B = 10 Тл, например, малии в G(V ) в узких интервалах вблизи напряжения нами наблюдалось значение 5мВ, а в работах [11] V 0 (туннельную щель), обусловленное влиянием на и [8] 7мВ и 10 мВ соответственно.

процесс туннелирования корреляционного кулоновского Наши образцы отличались от исследовавшихся взаимодействия электронов в ДЭГ. Обычно полагают, в [8,11] существенно меньшей подвижностью электрочто взаимодействие приводит к образованию кулоновнов. По произведенным оценкам, она не превышала ского барьера для туннелирования между параллель104 см2/(B · c) при T = 4.2 K, что на порядок величиными ДЭГ или кулоновской щели на уровне Ферми ны меньше минимальной подвижности в образцах из в электронной плотности состояний. Этот эксперимент работ [8,11]. Поэтому в нашем случае нельзя исклю- впервые обнаружил проявление кулоновской щели при чать существенного влияния беспорядка (случайного туннелировании между параллельными ДЭГ с относипотенциала) на механизм формирования кулоновской тельно низкими подвижностями. В таких структурах щели. На заметную роль беспорядка в условиях нашего влияние беспорядка, т. е. случайных флуктуаций потенэксперимента указывает также значительно большая циала, на механизм формирования туннельной щели (чем в экспериментах [8,11]) ширина наблюдавшегося может оказаться заметным. Анализ полученных данных нами при B = 0 пика проводимости при V 0. Теории, дал дополнительное подтверждение интерпретации нуучитывающие влияние беспорядка на корреляционное левой аномалии для образцов без -легирования. Кроме кулоновское взаимодействие электронов, предсказыва- того, продемонстрирована аналогичность полученных Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Нулевые аномалии транспортных характеристик однобарьерных гетероструктур GaAs/AlAs/GaAs... нами магнитополевых и температурных зависимостей основного энергетического параметра туннельной щели („ширины“ щели или энергетического зазора) с наблюдавшимися в экспериментах, в которых изучалось туннелирование между параллельными ДЭГ с высокими подвижностями, где влияние беспорядка традиционно полагается пренебрежимо малым.

Авторы благодарны Т.Г. Андерссону и М. Хенини за предоставленные гетероструктуры и проф. Ж.-К. Порталу и Д.К. Моду за плодотворные обсуждения и интерес к работе.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ, программы „Физика твердотельных наноструктур“ и INTAS (№ 01-2362).

Список литературы [1] Е.Л. Вольф. Принципы электронной туннельной спектроскопии (Киев, Наук. думка, 1990).

[2] J.M. Rowell, L.Y.L. Shen. Phys. Rev. Lett., 17, 15 (1966).

[3] R.N. Hall, J.H. Racette, H. Ehrereich. Phys. Rev. Lett., 4, (1960).

[4] R.T. Collins, J. Lambe, T.C. McGrill. R.D. Burnham. Appl.

Phys. Lett., 44, 532 (1984).

[5] K. Hirakava. Phys. Rev. B, 40, 3451 (1989).

[6] A.L. Efros, B.I. Shklovskii. Electron–Electron Interactions in Dicordered Systems (Elsevier, Amsterdam, 1985) p. 109.

[7] B.L. Altshuler, A.G. Aronov, K.W. Lee. Phys. Rev. Lett., 44, 1288 (1980).

[8] J.P. Eisenshtein, L.N. Pfeiffer, K.W. West. Phys. Rev. Lett., 69, 3804 (1992).

[9] Song He, P.M. Platzman, B.I. Halperin. Phys. Rev. Lett., 71, 777 (1993).

[10] P. Johannson, J.M. Kinaret. Phys. Rev. Lett., 71, 1435 (1993);

Phys. Rev. B, 50, 4671 (1994).

[11] N. Turner, J.T. Nicholls, E.H. Linfield, K.M. Brown, G.A. Jones, D.A. Ritchie. Phys. Rev. B, 54, 10 614 (1996).

[12] E. Bockenhoff, K. von-Klitzing, K. Ploog. Phys. Rev. B, 38, 10 120 (1988).

Редактор Т.А. Полянская Zero bias anomalies of the transport characteristics of the single barrier GaAs/AlAs/GaAs heterostructures as the resonant tunneling between parallel two-dimensional electron gases and suppression of resonant tunneling in a magnetic field as a development of a Coulomb gap in the tunnelling density of states Yu.N. Khanin, Yu.V. Dubrovskii, E.E. Vdovin Institute of Microelectronics Technologies and High Purity Materials, Russian Academy of Sciences, 142432 Chernogolovka, Russia 6 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.