WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 8 Эволюция статической отрицательной дифференциальной проводимости в Ga1-xAlxAs в зависимости от величины поперечного магнитного поля и от состава твердого раствора © Г.Э. Дзамукашвили, З.С. Качлишвили, Н.К. Метревели Тбилисский государственный университет, 380028 Тбилиси, Грузия (Получена 18 января 1996 г. Принята к печати 30 января 1997 г.) Исследована вольт-амперная характеристика электронов в условиях динамического междолинного перехода в сильных E H полях в твердом растворе Ga1-xAlxAs при плавном уменьшении энергетического зазора между нижней и верхними долинами. Показано, что статическая отрицательная дифференциальная проводимость особенно чувствительна к изменению магнитного поля H при малых величинах. В этом случае увеличение H подавляет статическую отрицательную дифференциальную проводимость. Этим способом можно избавиться от низкочастотных осцилляций Ганна с одновременным сохранением динамической отрицательной дифференциальной проводимости, подавляющейся в субмиллиметровой области спектра.

1. В работе [1] теоретически показано возникновение k0T. Здесь E — время разогрева электронов динамической отрицательной дифференциальной прово- в -долине до энергии начала междолинного перехода димости (ДОДП) в Ga1-xAlxAs в скрещенных E H 0 = + ( — энергия междолинного фонона), полях — в эффекте циклотронного резонанса. Резонанс op — характерное время внутридолинного рассеяния на выражен тем сильнее, чем меньше энергетический зазор оптических фононах. Из-за большой эффективной массы между - иX-долинами. Однако экспериментальному электронов в X-долинах легко выполняются условия наблюдению ДОДП мешает возможность возникновения низкочастотных колебаний,связанных со статической отрицательной дифференциальной проводимостью (ОДП), ответственной за эффект Ганна. Как известно, избавление от статической ОДП связано с определенными трудностями. Один из способов связан с приложением к образцу магнитного поля. Например, в работе [2] показано, что в коротких образцах GaAs с увеличением магнитного поля уменьшается модуль ОДП, а максимум вольт-амперной характеристики (ВАХ) сдвигается в сторону высоких электрических полей. Второй способ избавления от статической ОДП связан с уменьшением. Этот способ предпочтительнее для нас, так как при этом сильнее выражается циклотронный резонанс, рассмотренный в работе [1]. Таким образом, приложением магнитного поля и одновременным уменьшением, по-видимому, можно создать благоприятные условия для экспериментальной реализации ДОДП. Насколько нам известно, в таком аспекте исследование не проводилось раньше.

В настоящем сообщении приводятся результаты исследования ВАХ в условиях динамического междолинного перехода (МП) электронов в сильных E H полях в материале Ga1-xAlxAs при плавном уменьшении.

Показано, как изменяются в этих условиях величины статической ОДП и критического поля, соответствующего ее возникновению. Исследования проведены на коротких образцах (L/d 1, L — длина образца, d — его Рис. 1. Схема междолинных переходов электронов (a) и распоперечные размеры), когда холловская эдс закорочена.

пределение электронов в импульсном пространстве -долины Направление тока в образце совпадает с направлением (b) в двухдолинной модели зоны проводимости: — легкая довнешнего поля E.

лина, X —тяжелаядолина. 1— переход X, 2 — переходы 2. Считаем, что температура T и электрическое поX. Стрелками показано свободное движение A- и ле E таковы, что выполняются условия E < op и B-электронов; C-электроны замкнуты в магнитной ловушке.

988 Г.Э. Дзамукашвили, З.С. Качлишвили, Н.К. Метревели простоты op считаем независимой от энергии. В случае P0 + PPc > Pc (2) все траектории открыты. Через E обозначим минимальное значение электрического поля, в котором выполняется условие (2) при данном H.

Кинетическое уравнение для функции распределения электронов в -долине f в однородных постоянных электрическом и магнитном полях с конфигурациями eE z, H x имеет вид f f f eE + c Pz - Py Pz Py Pz Рис. 2. Зависимость плотности тока j от величины электричеNX 1 = P2 - P1 - op f, (3) ского поля E для структуры Ga0.7Al0.3As при = 4.2Pи значениях op, с-1: 1, 1 — 1.2 · 1012, 2, 2 — 6 · 1011;

где величина 1, 2 — H = 10 кЭ, c = 1.9 · 1012 с-1, E1 = 7.5 кВ/см;

1, 2 — H = 20 кЭ, c = 3.8 · 1012 с-1, E2 = 15 кВ/см.

1 = D2 (m)3/2 1 X — характерная частота перехода X, DX — X <, X 0 (X — средняя энергия электродеформационный потенциал междолинного рассеяния, нов в X-долинах), поэтому после рассеяния X — плотность образца, NX — концентрация электронов электроны переходят на круговую полосу шириной X в X-долине; -функция появляется из-за малой ширины вдоль изоэнергетическиой поверхности 1 = -, источника в -долине. Множитель перед -функцией и в этом случае в -долине явно выделяются 2 группы связан с условием нормировки. Слагаемое -op f в электронов A и B (см. рис. 1), начинающие движение уравнении (3) появляется только на траекториях C. В в импульсном пространстве из полукругов 1 = const, случае E < E в области энергий < 0 появляются Pz < 0 и 1 = const, Pz > 0 соответственно. Они и такие замкнутые траектории, которые не пересекают дают разные вклады в формирование функции распреповерхность = 1. Распределение электронов на деления [3,4]. Центры фазовых траекторий электронов этих траекториях симметрично относительно плоскости лежат на отрезке (Px, Pc, 0) -P1

P1 = 2m1, Pc =c0mE/H, m — эффективная масса электрона в -долине, c0 — скорость света. В случае P1 + PP1 < Pc < (1) в фазовом пространстве появляются траектории типа C (см. рис. 1, b), где P1 и P0 — радиусы кругов, полученные пересечением плоскости Y0Z с поверхностями 1 = const и 0 = const, соответственно;

2 2 P1 = P1 - Px, P0 = P0 - Px (P0 = 2m0).

Переход электронов из открытых траекторий на траектории C происходит лишь через переходы в верхних долинах (траектории C пересекают поверхность 1 = const). Переброс электронов из траекторий C на открытые траектории происходят за счет конечной велиРис. 3. Зависимость плотности тока j от величины электриче-чины op = op. Степень перераспределения электронов ского поля E для структуры Ga0.63Al0.37As при = 1.между замкнутыми и открытыми траекториями при фики значениях op, с-1: 1, 1 — 1.2 · 1012, 2, 2 — 6 · 1011;

сированных значениях и E определяется параметром 1, 2 — H = 10 кЭ, c = 1.8 · 1012 с-1, E1 = 4.5 кВ/см;

op/c, где c =eH/c0m — циклотронная частота. Для 1, 2 — H = 20 кЭ, c = 3.6 · 1012 с-1, E2 = 9 кВ/см.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Эволюция статической отрицательной дифференциальной проводимости в Ga1-xAlxAs... 3. Трехкратные интегралы, входящие в выражение для Список литературы тока вычислялись методом Монте-Карло. На рис. 2, [1] Г.Э. Дзамукашвили, З.С. Качлишвили, Н.К. Метревели.

представлена часть результатов по исследованию ВАХ.

Письма ЖЭТФ, 62, 220 (1995).

Как и ожидалось, модуль ОДП уменьшается с уменьше[2] В.Б. Горфинкель, М.Е. Левинштей, Д.М. Машовец. ФТП, нием и с увеличением магнитного поля. В последнем 13, 563 (1980).

случае, как и в [2], максимум ВАХ сдвигается в сторону [3] А.А. Андронов, Г.Э. Дзамукашвили. ФТП, 19, 1810 (1985).

больших электрических полей. С убыванием op умень[4] А.А. Андронов, В.А. Валов, В.А. Козлов, Л.С. Мазов.

шается суммарная проводимость в -долине. Каждый из Письма ЖЭТФ, 32, 628 (1980).

этих результатов физически очевиден.

Редактор Т.А. Полянская Действительно, уменьшение модуля ОДП с уменьшением в основном связано с уменьшением области Evolution of the static negative defferential энергий 0 < < -, в которой функция распределения является инвертированной. ОДП, связанная conductivity in Ga1-xAlxAs as a function of с этой инверсией, особенно чувствительна к изменению the transverse magnetic field and solid H при малых значениях. Увеличением H резко solution composition ухудшает условие инверсии. Поэтому для таких значений G.E. Dzamukashvili, Z.S. Kachlishvili, N.K. Metreveli легко достигается уменьшение модуля статической ОДП. Например, для =(4 5) при H = 40 кЭ Tbilisi State University, величина ОДП настолько мала, что она недостаточна для 380028 Tbilisi, Georgia появления неустойчивости в постоянном электрическом поле. Кроме того, при фиксированных значениях и E

Abstract

The current–voltage characteristic of electrons in conток становится тем меньше, чем больше H. Действительditions of dynamic intervalley transition in strong E H fields in но, с возрастанием H увеличивается время пребывания Ga1-xAlxAs with a smooth decrease of the energy gap between the электронов в -долине, увеличивается также количество low and upper valleys has been investigated. The way how to rid электронов, задержанных в магнитной ”ловушке”, и of the static negative differential conductivity has also been shown.

поэтому ток уменьшается.

При фиксированном H постепенное увеличение E вызывает переброс электронов из замкнутых траекторий на открытые и их доля в проводимости увеличивается.

После включения сильного магнитного поля ток вновь падает по известной причине. Этим объясняется сдвиг максимума ВАХ в сторону больших E при увеличении H.

Приведенная здесь количественная зависимость вольтамперной характеристики от параметра op (учитываемого только для электронов, движущихся на замкнутых траекториях) носит чисто модельный характер. Она указывает на роль внутридолинного рассеяния в области электрических поле E < E. В качестве параметра op взяты 2 разных значения, которые наиболее часто употребляются разными авторами. Очевидно, что для E > E ВАХ в точности должна совпадать с той ВАХ, которая построена для случая полного отсутствия рассеяния на открытых траекториях. Поэтому кривые, построенные для разных op, сливаются в одну кривую при E = E.

Результаты подробных исследований и аналогичные рассуждения показывают, что при модуль статической ОДП становится положительным. Это обстоятельство также подтверждается расчетами частотной зависимости дифференциальной проводимости в высокочастотном поле [1].

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №




© 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.