WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Интерференция носителей тока в одномерных полупроводниковых кольцах Рис. 4. Периодические осцилляции кондактанса, возникающие вследствие квантовой интерференции носителей тока при изменении напряжения исток–сток, приложенного к одномерному кольцу в условиях внешнего магнитного поля. Одномерное кольцо, одно из плеч которого модулировано -образными барьерами ( = 1, L = 5, n = 3), отделeно от двумерных резервуаров общей системой исток–сток (рис. 1, a). Фазовый сдвиг пропорционален величине магнитного потока, перпендикулярного плоскости кольца через кольцо, = e/ c = eBS/ c и составляет: 1 —, 2 — /4, 3 — /2, 4 —0.

В рамках -потенциальной модели аналитически и продольное электрическое и поперечное магнитное поля, численно были получены зависимости коэффициента то проводимость описывается формулой прохождения T и сбоя фазы от k Uds. На рис. eBS приведены зависимости коэффициента туннелирования и G = G0 1 + T + 2 T cos +, (17) c сбоя фазы от волнового вектора k при прохождении носителя тока через модулированную несколькими барьерами где — сдвиг фаз, возникающий при прохождеквантовую проволоку. Как видно, зависимость T(Uds) нии носителя тока, которое стимулируется напряжением носит характер затухающих осцилляций. Значение фазы исток–сток; eBS/ c — сдвиг фаз, обусловленный эфизменяется в пределах (-, ), а с ростом k Uds фектом Ааронова–Бома. Соответствующая зависимость стремится к нулю.

G = G(Uds) представлена при различных значениях При подстановке изображенных на рис. 2 зависимовнешнего магнитного поля на рис. 4 для случая, когда стей в соотношение (14) получаем кондактанс двух паодно из плеч одномерного кольца промодулировано трераллельных проволок, образующих одномерное кольцо, мя -образными барьерами. Как видно, магнитное поле отделенное от двумерного резервуара общей системой существенно влияет на зависимость проводимости от исток–сток. На рис. 3 приведены зависимости G(Uds) напряжения исток–сток и в первую очередь на величину, подобной системы, если одно из плеч модулировано к которой стремится кондактанс при увеличении Uds.

двумя или тремя барьерами. Видно, что учет интерферен- Экспериментальное исследование влияния квантовой ционного члена существенно изменяет вид зависимости интерференции на проводимость одномерного кольца, G(Uds). Проводимость при больших значениях поля отделенного от двумерных резервуаров общей системой превышает сумму проводимостей отдельных каналов исток–сток, проводилось с помощью мезоскопических в 2 раза. При малых значениях напряжения исток– наноструктур, сформированных внутри самоупорядоченсток интерференция, напротив, приводит к подавлению ных кремниевых квантовых ям.

проводимости вплоть до нулевого значения, что особен- Одиночные квантовые ямы такого типа спонтанно но отчетливо видно на рис. 3. образуются внутри сверхмелких диффузионных p+-проЕсли к одномерному кольцу, одно из плеч которого филей на поверхности Si(100) [12,13]. Данные припромодулировано барьерами, приложены одновременно месные профили были получены путем неравновесной 6 Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 852 Н.Т. Баграев, А.Д. Буравлев, В.К. Иванов, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренко, С.А. Рыков, И.А. Шелых диффузии бора с помощью прецизионного управления потоками собственных межузельных атомов и вакансий, генерируемых границей раздела Si–SiO2, которые стимулируют диффузию легирующей примеси по механизму kick-out и диссоциативному вакансионному механизму соответственно [14]. Варьируя параметрами поверхностного слоя окисла, концентрацией хлорсодержащего компонента в газовой фазе и температурой диффузии, удалось установить критерии паритета между этими двумя конкурирующими механизмами. Резкое замедление процессов диффузии в условиях паритета позволило получить сверхмелкие p+-профили на поверхности кремния (100) n-типа проводимости (N(P) = 2 · 1014 см-3) путем кратковременной диффузии бора из газовой фазы при температуре диффузии 900C. Рабочая и обратная стороны подложки были предварительно термически окислены. Примесная диффузия проводилась в рабочую поверхность подложки через окно в маске окисла, выполненного с помощью фотолитографии. Глубина сверхрезкого диффузионного профиля и концентрация бора в нем, измеренные по методике масс-спектрометрии вторичных ионов (ВИМС), составили 7 нм и 1021 см-соответственно.

Полученные сверхмелкие диффузионные p+-профили были исследованы методами циклотронного резонанса (ЦР) и квантованной проводимости (КП). Угловые зависимости ЦР регистрировались при 3.8 K с помощью ЭПР спектрометра (X-band, 9.1-9.5 ГГц) [13,15]. Гашение и сдвиг линий ЦР продемонстрировали 180-ю симметрию при повороте магнитного поля в плоскости {100}, перпендикулярной плоскости p+-n-перехода, что позволило идентифицировать наличие одиночной самоупорядоченной продольной квантовой ямы (ПрКЯ), локализованной между сильно легированными двумер- Рис. 5. Трехмерные СТМ изображения микродефектов, проными примесными барьерами внутри сверхмелкого диф- никающих сквозь самоупорядоченную квантовую яму внутри сверхмелкого диффузионного p+-профиля в монокристалфузионного p+-профиля.

ле Si(100). Вокруг данного микродефекта в плоскости кванПроведенные исследования ЭПР и термоэдс показали, товой ямы сформировано одномерное кольцо, отделенное от что такие двумерные барьеры, содержащие сверхвыдвумерных резервуаров общей системой исток–сток (a) и сокую концентрацию бора, проявляют пироэлектричеквантовыми точечными контактами (b). Обозначения E и C ские свойства благодаря наличию реконструированных отмечают положения истока–стока (a) и эмиттера–коллектора примесных диполей B+-B-, обладающих тригональной в системе квантовых точечных контактов (b). Прямоугольник симметрией [13]. По мере электростатического упорядона рис. b отмечает положение дополнительного точечного чения внутри пироэлектрических барьеров реконструиконтакта в одном из плеч одномерного кольца.

рованные диполи бора создают поперечные ограничения для движения носителей тока в плоскости ПрКЯ, формируя таким образом гладкие и модулированные квантовые Одномерное кольцо, состоящее из двух электростатипроволоки (см. также [12]). Квантовая проволока такого чески упорядоченных квантовых проволок, формироватипа возникает в условиях внешнего электрического лось вокруг микродефекта, изображение по методу скаполя UDS = Ug + Uds, приложенного вдоль ПрКЯ, нирующей туннельной микроскопии (СТМ) поверхности которое, с одной стороны, дает поперечное ограничение которого приведено на рис. 5, a. Подобные микродеза счет упорядочения примесных диполей (Ug), а с фекты, размеры и распределение которых зависят от другой — осуществляет транспорт одиночных носителей условий предварительного окисления и последующего заряда (Uds). В настоящей работе мы использовали данный объект для исследования интерференционных избирательного травления, возникают вследствие инжекэффектов в квантованной проводимости одномерного ции контролируемых потоков собственных межузельных кольца, сформированного в плоскости полученной само- атомов и пронизывают насквозь сверхмелкий диффуупорядоченной квантовой ямы. зионный профиль. Одномерное кольцо электростатичеФизика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Интерференция носителей тока в одномерных полупроводниковых кольцах ски формируется в месте пересечения микродефекта и квантовой ямы. Проблема воспроизводимого получения точечных контактов, отделяющих одномерное кольцо от двумерного резервуара квантовой ямы, является достаточно сложной. Однако с помощью контролируемого изменения поверхностного деформационного потенциала на стадии предварительного окисления удается получить необходимую конфигурацию микродефектов, состоящих из собственных межузельных атомов, вблизи одномерного кольца, что позволяет реализовать одномерные кольца как с общей системой исток–сток (рис. 5, a), так и отделенные двумя квантовыми точечными контактами (рис. 5, b).

Ширина параллельных динамических квантовых проволок, сформированных вокруг микродефекта между двумя пироэлектрическими барьерами, должна увеличиваться по мере электростатического упорядочения примесных диполей, в то время как степень их модуляции определяется числом нереконструированных примесных диполей, которые можно рассматривать в качестве -образных барьеров. Следует отметить, что число Рис. 6. Квантованная проводимость G(Ug) в зависимости от нереконструированных диполей может контролироватьUds (T = 77 K), возникающая вследствие переноса легких ся путем варьирования концентрацией хлорсодержащих и тяжелых дырок через одномерное кольцо, которое состосоединений, которые являются ответственными за одит из параллельных гладкой и модулированной -образными нородное распределение легирующих примесей внутри барьерами квантовых проволок и сформировано в самоупорядвумерных пироэлектрических барьеров.

доченной квантовой яме внутри сверхмелкого диффузионного Квантованная проводимость, возникающая вследствие p+-профиля в монокристалле Si(100). Одномерное кольцо одномерного транспорта одиночных дырок в квантовых отделено от двумерных резервуаров общей системой исток– проволоках, образующих одномерное кольцо (рис. 5, a), сток (рис. 1, a).

была обнаружена при 77 K в условиях внешнего электрического поля UDS (рис. 6). Сечение исследованных динамических квантовых проволок определяется шириной малого сечения квантовой проволоки 2 2нм2, которая ПрКЯ и электростатически индуцированным поперечнамного больше температурного уширения при испольным ограничением, которые близки к расстоянию между зуемой температуре 77 K, квантованная проводимость диполями 2 нм, задаваемому концентрацией бора внузатухает с увеличением номера верхнего заполненного три пироэлектрических барьеров. Эти параметры наряду состояния (рис. 6). Наблюдаемое гашение квантованной с концентрацией двумерных дырок, 2.5 · 1013 м-2, и проводимости, по-видимому, вызвано ее нелинейными эффективной длиной одномерного канала (см. рис. 5, a), шумовыми флуктуациями, когда значение eUds станом длины неупругого обратного рассеяния, опрееньшей вится сравнимым с величиной энергетического зазора деляют вклад легких и тяжелых дырок в квантованную между одномерными подзонами [16].

проводимость, который проявляется в величине ее ступенек.

Наблюдаемое удвоение величины квантовой ступень3. Интерференция баллистических ки (рис. 6) по сравнению с данными исследований носителей в одномерных кольцах, одиночной квантовой проволоки [12] является прямым сформированных из двух квантовых следствием рассмотренного выше влияния квантовой проволок, отделенных интерференции на проводимость одномерного кольца с от двумерного резервуара общей системой исток–сток (рис. 3). Следует отметить, что интерференция, проявляющаяся в транспорте легких квантовыми точечными контактами и тяжелых дырок, по-видимому, возникает в результате сдвига фазы коэффициента прохождения вследствие Выше был рассмотрен случай, когда обе проволоналичия в одном из плеч одномерного кольца узких ки исходят непосредственно из резервуаров носителей.

потенциальных барьеров. На этот факт указывают заре- Однако проволоки могут сообщаться с резервуарами гистрированные осцилляции плато квантованной прово- через квантовый точечный контакт (рис. 1, b и 5, b).

димости (рис. 6). Проводимость подобной системы не может превышать Вопреки ожидаемой большой величине энергетическо- проводимости одиночного точечного контакта (см. (2)).

го зазора между одномерными подзонами, вследствие Носитель, прошедший через подобный контакт с равной Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 854 Н.Т. Баграев, А.Д. Буравлев, В.К. Иванов, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренко, С.А. Рыков, И.А. Шелых Поэтому в настоящей работе ток тяжелых дырок, прошедших через одномерное кольцо, которое изначально находилось в режиме слабой локализации, регистрировался в виде квантовой лестницы проводимости квантового точечного контакта (рис. 8, a). Величина квантовых ступенек идентифицирует основной вклад тяРис. 7. Осцилляции Ааронова–Бома, возникающие в проводимости одномерного кольца, сформированного внутри самоупорядоченной кремниевой квантовой ямы, в одно из плеч которого помещен дополнительный квантовый точечный контакт.

Одномерное кольцо отделено от двумерных резервуаров двумя квантовыми точечными контактами (рис. 1, b). Ug, мB: 1 —7.5, 2 — 15, 3 — 22.5, 4 — 30, 5 — 37.5, 6 — 45.

вероятностью, попадает в одно из плеч. При этом кондактанс зависит от внешнего электрического и магнитного поля следующим образом:

jtr eG = gsgv N(1/2 + 1/2t)Uds h 1 e= gsgv N 1 + T + 2 T cos, (18) 4 h где — суммарный сдвиг фазы, обусловленный как влиянием напряжения исток–сток, так и эффектом Ааронова–Бома (рис. 7).

Как показали исследования температурной зависимости проводимости [17], которая подчиняется хорошо известному логарифмическому закону [8], внутри полученного одномерного кольца (рис. 5, b) реализуется режим слабой локализации в системе тяжелых дырок, что подтверждается также данными по обнаружению отрицательного магнитосопротивления [17].

Следует отметить, что нереконструированные примесные диполи внутри пироэлектрических барьеров, которые, как отмечено выше, индуцируют модуляцию одного или обоих плеч одномерного кольца, могут также выполнять функции дополнительных квантовых точечных контактов (рис. 5, b). В экспериментах по измерению фазы коэффициента прохождения носителей тока эти квантовые точечные контакты играют роль, аналогичную квантовым точкам [10,11], регулируя величину тока в Рис. 8. Квантованная проводимость (a), сдвиг фазы (b) одномерном кольце. Однако в случае введения дополнии амплитуда (c) осцилляций Ааронова–Бома (AB), а также тельного квантового точечного контакта регистрируетотрицательное магнетосопротивление (d) в зависимости от ся зависимость G(Ug), определяемая туннелированием Ug, возникающие в одномерном кольце, в одно из плеч котоносителей тока через уровни размерного квантования, рого помещен дополнительный квантовый точечный контакт тогда как при наличии квантовой точки измеряется пе(B = 0.055 мТл). Одномерное кольцо сформировано внутри риодичность кулоновских осцилляций в зависимости от самоупорядоченной кремниевой квантовой ямы и отделено от напряжения на затворе (Ug = e/2C, где C — емкость двумерных резервуаров двумя квантовыми точечными контакквантовой точки). тами (рис. 1, b).

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.