WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

область меньших доз облучения, когда на кривых магЕсли расписать изменение скорости ПАВ в магнитном нитосопротивления уже не наблюдается осцилляций поле, измеряемое в эксперименте, то имеем ШдГ, для того чтобы оценить концентрацию электронов при этих дозах. Кроме того, видно, что при больших V (H) V (0) 1 + (H) V (0) - = A дозах облучения концентрация электронов в канале V0 V0 [1 + (H)]2 + (H) Vстремится к насыщению, которое в этом образце составляет n = 1.1 · 1011 см-2. Используя метод, который = A 2 был применен в работе [9], по зависимостям (H) в [1 + (H)]2 + (H) области магнитных полей, когда еще нет осцилляций, (H) V (0) а скорость ПАВ практически не зависит от магнит+ -. (3) ного поля, можно было оценить по формуле Друде [1 + (H)]2 + (H) Vподвижность µ и соответственно проводимость электроВ сильных магнитных полях, когда 1/H2 0 и, нов в отсутствие магнитного поля в зависимости от 1/H2 0 (с точностью до логарифмических мноконцентрации. Эта зависимость представлена на вставке жителей), изменение скорости ПАВ стремится к велик рис. 6. Видно, что сначала подвижность электронов чине, определяемой формулой растет линейно от n, а затем насыщается. Также ведет себя и проводимость, достигая в насыщении величины V (H ) V (0) V (0) - A 1 -. (4) 2.1 · 10-3 Ом-1.

V0 V0 VФизика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Индуцированный светом переход металл–диэлектрик в гетероструктуре n-GaAs/AlGaAs... канале, тем сильнее они экранируют потенциал примесей. Это приводит к уменьшению рассеяния и соответственно к увеличению подвижности. Когда больше не растет концентрация носителей в канале, естественно, прекращается рост подвижности и проводимости.

2.4. Область перехода металл–диэлектрик Выше были продемонстрированы зависимости акустоэлектронных эффектов от магнитного поля для двух предельных случаев: диэлектрического состояния при малых проводимостях, 1 < 10-7 Ом-1 (левое крыло кривой на рис. 2) и металлического состояния при больших проводимостях, 1 > 10-5 Ом-1 (правое крыло кривой на рис. 2).

Рассмотрим промежуточное состояние — область перехода металл–диэлектрик. На рис. 7 представлены кривые для поглощения в зависимости от 1 для трех случаев. Кривая 1 — для случая, когда электроны делокализованы. В этой ситуации мнимая часть проводимости 2 = 0, поэтому [дБ/см] =8.68kA. (7) Рис. 5. Зависимости от магнитного поля H величин: a —, + b — V /V0 (при больших дозах облучения образца). Концентрация электронов в канале n, 1010 см-2: 1 —6.9, 2 —7.9, Обозначения те же, что и в формулах (1) и (2). Из 3 —8.5, 4 —9.4, 5 —9.8, 6 — 10.3, 7 — 10.9. Каждая из рисунка видно, что в области больших проводимостей кривых на рис. a сдвинута вверх от предыдущей на 2 дБ/см, на вплоть до 1 = 10-5 Ом-1 эта кривая хорошо описывает рис. b —на 2.5 · 10-4. = nh/eH — фактор заполнения.

экспериментальную (кривая 2).

Кривая 3 описывает прыжковую высокочастотную проводимость, которая имеет место, когда электроны локализованы во флуктуационном потенциале примесей.

Как видно из рис. 3, для прыжковой ВЧ проводимости 2/1 = 2.6 > 1 и не зависит от 1. Поэтому при расчете Рис. 6. Зависимость концентрации электронов в двумерном канале n от нормированного времени для двух серий облучения. На вставке — зависимость подвижности µ от концентрации ns.

Рис. 7. Зависимости от 1: 1 — в случае делокализованных электронов ( ), 2 — экспериментальная кривая (точки deloc exp Такой характер зависимостей µ(n) и 1(n) связан, соответствуют разным циклам облучения), 3 — прыжковая по-видимому, с тем, что электроны, заброшенные светом высокочастотная проводимость в случае локализованных элекв канал, локализуются в случайном потенциале ионитронов ( ). Кривые 1 и 3 —расчет по формулам (7) и (8) hop зованных примесей. Чем больше носителей заряда в соответственно.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1454 И.Л. Дричко, А.М. Дьяконов, И.Ю. Смирнов, А.И. Торопов кривой 3 на рис. 7 использовалась формула [дБ/см] =8.68kA, (8) (1 + )2 + где принималось, что / = 2.6. Из рисунка видно, 2 что эта кривая хорошо описывает эксперимент со стороны низких проводимостей вплоть до 1 = 10-7 Ом-1.

Для объяснения экспериментальной кривой в области промежуточных проводимостей 10-7 <1 < 10-5 Ом-можно предложить картину, представленную на рис. 8, a–c: дно зоны проводимости искажено случайным флуктуационным потенциалом примесей, и образованные в результате облучения светом электроны заполняют минимумы потенциального рельефа.

Рис. 8, a. Электронов мало, заполнены только самые Рис. 9. Зависимость относительной части поверхности, заглубокие минимумы рельефа. Прыжковая высокочастотнятой металлическими каплями (N), от величины проводиная проводимость может осуществляться между близко мости 1.

расположенными заполненным и незаполненным минимумами потенциального рельефа. В плоскости двумерной проводимости видны на больших расстояниях между проводимость, хотя на постоянном токе еще механизм собой маленькие металлические капли. По проводимопроводимости прыжковый. Как показал В.Д. Каган, в сти (1 < 10-7 Ом-1) это соответствует левой части случае „больших капель“, когда kr0 1, экспериментальной кривой 2 на рис. 7.

Рис. 8, b. Электронов гораздо больше. Они заполняют [дБ/см] =8.68kNA, (9) потенциальный рельеф так, что почти не осталось рядом 1 + расположенных заполненных и незаполненных минимугде k — волновой вектор, r0 — размер капли, N — мов потенциала, а на плоскости мы видим уже большие относительная часть поверхности, занятой каплями.

металлические капли, но еще не связанные между собой.

Этот случай соответствует промежуточной проводимоВ этих каплях может осуществляться высокочастотная сти 10-7 <1 < 10-5 Ом-1.

Рис. 8, c. Электронов так много, что металлические капли на проводящей поверхности смыкаются, проводимость осуществляется делокализованными электронами, проводимость на постоянном токе равна высокочастотной. Этот случай по проводимости (1 > 10-5 Ом-1) соответствует правой части экспериментальной кривой на рис. 7.

Используя кривые, построенные на рис. 7, определим величину N — относительную часть поверхности, занятой металлическими каплями, и найдем, как она зависит от 1 в области промежуточной проводимости.

Обратимся к левой части рис. 7. Для области 1 > 10-7 Ом-1 поглощение можно представить в виде = + N. (10) exp hop deloc Используя значения на кривых 1 ( ), 2 ( ) deloc exp и 3 ( ) при одной и той же величине 1, можно hop определить величину N. Величины N, полученные из уравнения (10), представлены в левой части рис. 9.

Суммировать и можно лишь в том случае, hop deloc когда, < 1.

1 Если обратиться к правой части рис. 7, то видно, что кривая 1 начинает отклоняться от экспериментальной Рис. 8. Рельеф флуктуационного потенциала (слева) и раззависимости 2 при 1 10-5 Ом-1, хотя еще прыжковая витие металлических капель в проводящей плоскости по проводимость очень мала. В этой области проводимомере заполнения потенциального рельефа электронами (спрастей отклонение от значений = N можно ва). Области проводимости: a — 1 < 10-7 Ом-1, b — deloc exp deloc 10-7 <1 < 10-5 Ом-1, c — 1 > 10-5 Ом-1. связать с образованием капель при уменьшении провоФизика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Индуцированный светом переход металл–диэлектрик в гетероструктуре n-GaAs/AlGaAs... димости и определить N из отношения /. Эти величины проводимости. Аналогичные зависимости мы exp deloc точки представлены в правой части кривой на рис. 9. Мы наблюдали и при облучении этой гетероструктуры дневотчетливо понимаем приблизительность проведенных ным светом.

расчетов для N(1), однако кривая на рис. 9, как нам кажется, демонстрирует качественную картину развития 4. Заключение металлических капель при увеличении числа электронов в изучаемой системе.

При изучении перехода металл–диэлектрик в 2D системах с помощью измерений на постоянном токе 3. Измерения при T = 300 K, H = 0 обычно анализируют температурные зависимости сопротивления при изменении в образце концентрации Как упоминалось выше, исследованная гетерострукту- носителей заряда с помощью затвора или на разных обра является чувствительной при комнатной температуре разцах с различной концентрацией (см., например, [10] не только к облучению лампой накаливания, но и к и ссылки в ней). В данной работе предлагается новый дневному свету. Поскольку проводимость при высокой способ: исследовать переход МД по отношению мнимой температуре не является „замороженной“, облучение и реальной компонент высокочастотной проводимости, структуры светом при T = 300 K сопровождается соот- которая определяется акустическими бесконтактными ветствующим по времени облучения изменением про- методами в одном и том же образце при постоянной водимости, а также изменением поглощения ПАВ и температуре. Как было показано в работе, в диэлектриизменением ее скорости.

ческом состоянии механизм ВЧ проводимости опредеНа рис. 10 представлены результаты измерения и ляется прыжками электронов между локализованными V /V0 при последовательных 3 импульсах облучения от состояниями. При этом мнимая часть высокочастотной лампы накаливания длительностью 50 с. Видно, что во проводимости больше реальной, 2/1 2.6 > 1. В мевремя облучения поглощение растет, а скорость падает, таллическом состоянии высокочастотная проводимость что соответствует, согласно рис. 2, ситуации, когда при обычно не отличается от проводимости на постоянном облучении проводимость растет. Проводимость в струк- токе, и при этом мнимая часть проводимости 2 = 0.

туре 1 < 10-6 Ом-1, так как ее изменение — рост — Кроме того, на основании измерений акустоэлектронсоответствует левой части кривой рис. 2. Измерения ных эффектов в области промежуточной проводимости в показали, что фронт нарастания (спадания) амплитуды этой гетероструктуре можно заключить, что переход МД сигнала был не более 2.5 мкс. Поскольку у нас нет имеет перколяционную природу. Действительно, при маоснований считать, что при T = 300 K без облучения 1 лых проводимостях вплоть до 1 10-7 Ом-1 механизм очень мала, мы не можем здесь определить абсолютные ВЧ проводимости — прыжковый, система находится в диэлектрическом состоянии, электроны заполняют минимумы потенциального рельефа. По мере увеличения концентрации электронов уровень Ферми поднимается, электронные капли становятся все большего диаметра, и в них возникает высокочастотная проводимость.

Механизм проводимости становится смешанным: параллельно прыжковому механизму возникает проводимость делокализованных электронов в металлических каплях.

При дальнейшем увеличении концентрации электронов поверхность, занятая металлическими каплями, растет, и при проводимости 1 > 10-5 Ом-1 прыжковый механизм полностью исчезает, металлические капли смыкаются, заполняя всю проводящую поверхность, и проводимость полностью определяется делокализованными электронами (металлическое состояние). Построена качественная картина развития металлических капель на проводящей поверхности при увеличении проводимости системы.

Авторы благодарны Г.М. Минькову за полезные обсуждения результатов, Е.В. Лебедевой за помощь в измерениях и обработке результатов.

Работа поддержана РФФИ (грант № 04-02-16246), Рис. 10. Зависимости V /V0 (a) и (b) от времени грантом президиума РАН, грантом президента РФ подоблучения светом тремя импульсами длительностью 50 с.

f = 30 МГц, T = 300 K. держки научных школ 2006 (НШ-5596.2006.2).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1456 И.Л. Дричко, А.М. Дьяконов, И.Ю. Смирнов, А.И. Торопов Список литературы [1] D.V. Lang, R.A. Logan. Phys. Rev. Lett., 39, 635 (1977).

[2] W. Knaf, A. Zduniak, L.N. Dmovski, S. Contreras, M.I. Dyakonov. Phys. Status Solidi B, 198, 267 (1996).

[3] D.J. Chadi, K.J. Chang. Phys. Rev. B, 39, 10 063 (1989).

[4] I.L. Drichko, A.M. Diakonov, I.Yu. Smirnov, Yu.M. Galperin, A.I. Toropov. Phys. Rev. B, 62, 7470 (2000).

[5] В.Л. Гуревич. ФТТ, 4, 909 (1962).

[6] А.Л. Эфрос. ЖЭТФ, 89, 1834 (1985).

[7] M. Pollak, T.H. Geballe. Phys. Rev., 122, 1742 (1961).

[8] Ю.М. Гальперин, Э.Я. Приев. ФТТ, 28, 692 (1986).

[9] И.Л. Дричко, И.Ю. Смирнов. ФТП, 31, 1092 (1997).

[10] А.А. Шашкин. УФН, 175, 139 (2005).

Редактор Т.А. Полянская A light induced metal–dielectric transition in an n-GaAs/AlGaAs heterostructure;

acoustical methods of research I.L. Drichko, A.M. Diakonov, I.Yu. Smirnov, A.I. Toropov Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia Institute of Semiconductor Physics, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, 630090 Novosibirsk, Russia

Abstract

A n-GaAs/AlCaAs heterostructure underdoped“ with ” Si, with a dark conductivity at T = 4.2 K less than 10-8 -has been studied. By the successive illumination with a LED the conductivity of the sample could be increased 5 orders of magnitude, up to 10-3 -1, that making it possible to study metal–insulator transition (MIT) on the same sample and at the same temperature. A new method of the MIT studies has been put forward, one that employs acoustoelectronic effects. These effects have been measured under the successive illumination of the sample both without and with a magnetic field up to 6 T, at T = 4.2K. Both real 1 and imaginary 2 parts of the highhf frequency conductivity = 1 - i2, as well as their ratio 2/have been measured. A percolation behavior of the MIT has been demonstrated. It appeared that up to 1 10-7 -1 the system dwells in an insulating state, electrons are localized in the random potential minima. In this situation a hopping HF conductivity takes place, characteristic relation in this case is 2 1. With the increase of the electron density the Fermi level grows, electronic droplets became larger and in them an electronic conductivity arises. The total conductivity attains a compound nature: in parallel to the hopping there starts a conductivity of delocalized electrons in the metallic droplets. At the subsequent growth of the conductivity (more than 10-5 -1), the metallic droplets fill the entire surface and a metallic state with 2 = 0 is thus realized.

A curve is obtained showing the relative growth of the surface occupied by the metallic droplets as a function of the 2D channel conductivity.

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.