Вышедшие номера
Home » Физика и техника полупроводников » Год 2002, выпуск 4 » Статья стр. 462
<<<>>>
Квантованная проводимость в кремниевых квантовых проволоках
Баграев Н.Т.1, Буравлев А.Д.1, Клячкин Л.Е.1, Маляренко А.М.1, Гельхофф В.2, Иванов В.К.3, Шелых И.А.3
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
2Institut fur Festkorperphysik, Technische Universitat Berlin, Berlin, Germany
3Санкт-Петербургский государственный технический университет, Санкт-Петербург, Россия
Поступила в редакцию: 4 июня 2001 г.
Выставление онлайн: 19 марта 2002 г.
PDF версия
Представлены данные исследований квантовой лестницы электронной и дырочной проводимости одномерных каналов, полученных с помощью методики расщепленного затвора внутри самоупорядоченных кремниевых квантовых ям. Сначала анализируются характеристики квантовых ям, спонтанно формирующихся между сильно легированными delta-барьерами на поверхности Si (100) в процессе неравновесной диффузии бора. Для этой цели используется вторичная ионная масс-спектрометрия, а также регистрация угловых зависимостей спектров циклотронного резонанса и ЭПР, которые позволяют идентифицировать как кристаллографическую ориентацию самоупорядоченных квантовых ям, так и сегнетоэлектрические свойства сильно легированных delta-барьеров. Поскольку полученные кремниевые квантовые ямы являются экстремально узкими (~ 2 нм), а ограничивающие их delta-барьеры обладают сегнетоэлектрическими свойствами, квантованная проводимость одномерных каналов впервые наблюдается при высокой температуре (T>= 77 K). Далее, ВАХ квантовой лестницы проводимости изучается в зависимости от кинетической энергии электронов и дырок, их концентрации в квантовых ямах, а также - кристаллографической ориентации и степени модуляции электростатически индуцированных квантовых проволок. Полученные результаты показывают, что величина квантовых ступенек электронной проводимости кристаллографически ориентированных проволок n-типа определяется анизотропией зоны проводимости кремния и полностью согласуется со значением долинного фактора для осей [001] (G0=4e2/h, gv=2) и [011] (G0=8e2/h, gv=4) в плоскости Si (100). В свою очередь квантовая лестница дырочной проводимости кремниевых проволок p-типа обусловлена независимыми вкладами одномерных подзон тяжелых и легких дырок, которые проявляются при исследовании проволок квадратного сечения в удвоении квантовых ступенек (G0=4e2/h), кроме первой (G0=2e2/h), вследствие отсутствия вырождения нижней одномерной подзоны. Анализ величины первой и второй квантовых ступенек свидетельствует о спонтанной спиновой поляризации тяжелых и легких дырок, что подчеркивает важнейшую роль обменного взаимодействия в процессах одномерного транспорта одиночных носителей. Кроме того, демонстрируется температурное и полевое тушение квантовой лестницы проводимости, когда kT и энергия полевого разогрева носителей становятся сравнимыми с величиной энергетического зазора между одномерными подзонами. Использование методики расщепленного затвора сделало возможным обнаружение эффекта резкого усиления квантовых ступенек проводимости при увеличении кинетической энергии электронов, который наиболее ярко проявляется в проволоках конечной длины, не описываемых в режиме квантового точечного контакта. В заключительной части показано, что регистрация квантовой лестницы проводимости в условиях развертки кинетической энергии носителей может выполнять роль экспериментального теста, чтобы выделить эффекты квантовой интерференции в модулированных квантовых проволоках на фоне кулоновских осцилляций вследствие образования квантовых точек между delta-образными барьерами.
  1. T.J. Thornton. Rep. Progr. Phys., 58, 311 (1995)
  2. C.W.J. Beenakker, H. van Houten. In: Solid State Phys., ed. by H. Ehrenreich, D. Turnbull (Academic Press, N.Y., 1991)
  3. M.A. Kastner. Phys. Today, 46, 24 (1993)
  4. R. Landauer. IBM J. Res. Dev., 1, 233 (1957)
  5. M. Buttiker. Phys. Rev. Lett., 57, 1761 (1986)
  6. D.A. Wharam, T.J. Thornton, R. Newbury, M. Pepper, H. Ahmed, J.E.F. Frost, E.G. Hasko, E.C. Peacock, D.A. Ritchie, G.A.C. Jones. J. Phys. C, 21, L209 (1988)
  7. B.J. van Wees, H. van Houten, C.W.J. Beenakker, J.G. Williamson, L.P. Kouwenhoven, D. van der Marel, C.T. Foxon. Phys. Rev. Lett., 60, 848 (1988)
  8. T.J. Thornton, M. Pepper, H. Ahmed, D. Andrews, G.J. Davies. Phys. Rev. Lett., 56, 1198 (1986)
  9. A. Yakoby, H.L. Stormer, Ned S., Wingreen, L.N. Pfeiffer, K.W. Baldwin, K.W. West. Phys. Rev. Lett., 77, 4612 (1996)
  10. J.I. Pascual, J. Mendez, J. Gomez-Herrero, A.M. Baro, N. Garcia, V.T. Binh. Phys. Rev. Lett., 71, 1852 (1993)
  11. N.T. Bagraev, W. Gehlhoff, L.E. Klyachkin, A.M. Malyarenko, A. Naser. Mater. Sci. Forum, 258--263, 1683 (1997)
  12. N.T. Bagraev, E.I. Chaikina, W. Gehlhoff, L.E. Klyachkin, I.I. Markov, A.M. Malyarenko. Sol. St. Electron., 42, 1199 (1998)
  13. G. Grabeski, J. Wrobel, T. Dietl, K. Byczuk, E. Papis, E. Kaminska, A. Piotrowska, G. Springholz, M. Pinczolits, G. Bauer. Phys. Rev. B, 60, 5133 (1999)
  14. Н.Т. Баграев, А.Д. Буравлев, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренко, С.А. Рыков, А.В. Суворов. Тез. докл. на ISSCRM-2000 (Новгород, НГУ, (2000) с. 76
  15. Y. Nakajima, Y. Takahashi, S. Horiguchi, K. Iwadate, H. Namatsu, K. Kurihara, M. Tabe. Extend. Abs. IC SSDM (Yokohama, Japan, 1994) c. 538
  16. I.P. Kouwenhoven, B.J. van Weecs, C.J.P.M. Harmans, J.G. Williamson, H. van Houten, C.W.J. Beenakker, C.T. Foxon, J.J. Harris. Phys. Rev. B, 39, 8040 (1989)
  17. K.J. Thomas, J.T. Nicholls, M.Y. Simmons, M. Pepper, D.R. Mace, D.A. Ritchie. Phys. Rev. Lett., 77, 135 (1996).
  18. K.J. Thomas, J.T. Nicholls, N.J. Appleyard, M.Y. Simmons, M. Pepper, D.R. Mace, W.R. Tribe, D.A. Ritchie. Phys. Rev. B, 58, 4846 (1998)
  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)
  20. K.S. Pyshkin, C.J.B. Ford, R.H. Harrell, M. Pepper, E.H. Linfield, D.A. Ritchie. Phys. Rev. B, 62, 15 842 (2000)
  21. Chuan-Kui Wang, K.-F. Berggren. Phys. Rev. B, 54, 14 257 (1996)
  22. Chuan-Kui Wang, K.-F. Berggren. Phys. Rev. B, 57, 4552 (1998)
  23. A.M. Bychkov, I.I. Yakymenko, K.-F. Berggren. In: Proc. 8th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology" (St. Petersburg, 2000) c. 391.
  24. Kenji Hirosi, Shu-Shen Li, N.S. Wingreen. Phys. Rev. B, 63, 33 315 (2001)
  25. A. Gold, L. Calmels. Phil. Mag. Lett., 74, 33 (1996)
  26. B. Spivak, Fei Zhou. Phys. Rev. B, 61, 16 730 (2000)
  27. Masao Ogata, Hidetoshi Fukuyama. Phys. Rev. Lett., 73, 468 (1994)
  28. Takashi Kimura, Kazuhito Kuroki, Hideo Aoki. Phys. Rev. B, 53, 9572 (1996)
  29. Siego Tarucha, Tacashi Honda, Tadashi Saki. Sol. St. Commun., 94, 413 (1995)
  30. T. Heinzel, S. Manus, D.A. Wharam, J.P. Kotthaus, G. Boehm, W. Klein, G. Traenkle, W. Weimann. Europhys. Lett., 26, 689 (1994)
  31. U. Gosele, T.Y. Tan. Def. Dif. Forum, 59, 1 (1988)
  32. W. Gehlhoff, N.T. Bagraev, L.E. Klyachkin. Mater. Sci. Forum, 196--201, 467 (1995)
  33. Н.Т. Баграев, А.Д. Буравлев, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренко, С.А. Рыков. ФТП, 34, 726 (2000)
  34. N.T. Bagraev, E.I. Chaikina, L.E. Klyachkin, I.I. Markov, W. Gehlhoff. Superlat. Microstruct., 28, 337 (1998)
  35. W. Gehlhoff, N.T. Bagraev, L.E. Klyachkin. Sol. St. Phenomena, 47--48, 586 (1996)
  36. А.Н. Андронов, Н.Т. Баграев, Л.Е. Клячкин, А.М. Маляренко, С.В. Робозеров. ФТП, 33, 851 (1999)
  37. N.T. Bagraev, L.E. Klyachkin, A.M. Malyarenko, W. Gehlhoff. Superlat. Microstruct., 23, 1333 (1998)
  38. Н.Т. Баграев, Л.С. Власенко, А.И. Меркулов. ЖЭТФ, 81, 2160 (1981)
  39. B. Camarota, F. Parage, I. Wooldridge. J. Low Temp. Phys., 118, 589 (2000)
  40. C.-T. Liang, M. Pepper, M.Y. Simmons, C.G. Smith, G.H. Kim, D.A. Ritchie. Phys. Rev. B, 61, 9952 (2000)
  41. C.-T. Liang, M.Y. Simmons, C.G. Smith, G.H. Kim, D.A. Ritchie, M. Pepper. Phys. Rev. Lett., 81, 3507 (1998)
  42. C.-T. Liang, M.Y. Simmons, C.G. Smith, G.H. Kim, D.A. Ritchie, M. Pepper. Physica, E, 6, 418 (2000)
  43. A.V. Andreev, A. Kamenev. Phys. Rev. Lett., 81, 3199 (1998)
  44. U. Meirav, M.A. Kastner, S.J. Wind. Phys. Rev. Lett., 65, 771 (1990)
  45. J. Gores, D. Goldhaber-Gordon, S. Heemeyer, M.A. Kastner. Phys. Rev. B, 62, 2188 (2000)
  46. L.I. Glazman. J. Low Temp. Phys., 118, 247 (2000)
  47. S. Tarucha, D.G. Asuting, T. Honda. Phys. Rev. Lett., 77, 3613 (1996)
  48. N.T. Bagraev, W. Gehlhoff, V.K. Ivanov, L.E. Klyachkin, A.M. Malyarenko, I.A. Shelykh. Phys. Low-Dim. Structur., 1--2, 37 (2000).

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2025 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme