Спектр коллективных возбуждений вырожденных 2D-электронов с тонкой структурой энергетического и пространственного распределения

• Автор: Дюбуа, Александр Борисович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 95 с. : ил

Оглавление
Оглавление
Введение
Глава 1. Электрон — электронные взаимодействия в умеренно легированном гетеропереходе (случай заполнения одной подзоны размерного квантования)

1.1. Вводные замечания и обзор литературы

1.2. Теория

1.3 Применимость теории к другим наноструктурам

Выводы по главе I

Глава 2. Электрон - электронное взаимодействие в сильнолегированном гетеропереходе (случай заполнения двух подзон размерного квантования)

2.1. Вводные замечания

2.2. Электрон — электронные взаимодействия в потенциальной яме треугольного профиля одиночного гетероперехода
2.2.1. Исходные выражения для электрон - электронных взаимодействий
2.2.2. Матричные элементы внутри - и межподзонной релаксации
2.2.3. Время релаксации для внутри - и межнодзонного взаимодействия
2.2.4. Обсуждение результатов
2.3. Особенности спектра коллективных возбуждений
Выводы по главе
Глава 3. Спектр возбуждений на границе системы металл - полупроводник
3.1. Структура дифрагированных полей
3.2. Собственные моды при х<
3.3. Собственные моды при х>
3.4. Процесс дифракции и вычисление амплитуд
3.5. Анализ полученных соотношений
Выводы по главе
Заключение
Литература

Введение
Электрон - электронные («е-е») взаимодействия играют определяющую роль в кинетических явлениях, среди которых следует отметить эффекты горячих электронов, квантовые поправки к проводимости и затухание (разрушение) квантования Ландау в объемных и двумерных полупроводниковых соединениях с вырожденными электронами. Особый интерес вызывают аномалии низкотемпературного магнитотранспорта, связанные с заполнением 2D электронами нескольких подзон размерного квантования [1]. В ряде экспериментальных работ по исследованию особенностей осцилляций поперечного магнитосопротивления Шубникова - де Гааза (ШдГ) в широком диапазоне температур и магнитных полей для объемных 3D и двумерных 2D электронов обнаружены некоторые аномалии, имевшие определенную общность в качественном сходстве, но и существенные различия. Были обнаружены экспериментальные особенности, среди которых необходимо отметить изломы на низкотемпературной зависимости амплитуд осцилляций 5(1/й)ГйД2]
смещение характерных магнитных полей «изломов» на 8(1 / В) в зависимости от температуры и концентрации. И, наконец, была обнаружена осциллирующая зависимость TD от Т, а, следовательно, и xq от Т. Эти осцилляции Т0(т) и хд(т)
были обнаружены для сильно легированных гетеропереходов («S>8.5-I0n см'2), в которых заполнена основная и вторая возбужденная подзона размерного квантования. Была установлена однозначная связь этих аномалий с сильным (для вырожденных 3D и 2D электронов) электрон - электронным взаимодействием. Попытка количественного описания экспериментальных зависимостей тq(T,ns) в
1 Ж.И. Алферов, С.В. Иванов, П.С. Копьев, ФТП, 19, 1199 (1985).
2 V.l. Kadushkin, F.M. Tsahhaev. Phys. Low.-Dim. Struct. 1/2, 93(2000). M.B. Гаврилов, С.И. Дорожкин, B.E. Житомирский, И.В. Кукушкин. Письма в ЖЭТФ, 49, (7), 402 - 406, (1989).R.T. Coleridge. Semicond. Sei. Technol., 5,961, (1990); Phys. Rev. B, 44,3793, (1991)

рамках существующих теоретических представлений не привела к успеху. Для качественного объяснения наблюдаемых эффектов необходимо рассмотрение каналов электрон - электронных («е-е») взаимодействий в сложной системе 2D вырожденных электронов. Поэтому естественно, что исследуемая проблема является актуальной, и начиная с пионерских работ [3] до настоящего времени [4] вызывает неослабевающий интерес. Кроме того, это имеет важное прикладное значение. Необходимость создания сильноточных высокочастотных электронных устройств стимулировало теоретические и экспериментальные исследования в области физики низкоразмерных полупроводниковых наноструктур. Однако, несмотря на значительное число работ в этой области, задача далека от окончательного решения. Для корректной теоретической интерпретации экспериментов необходимо нахождение явного вида зависимостей времени электрон - электронных взаимодействий от температуры и концентрации xfe(T,ns) в приближении хаотических фаз, которое предусматривает вывод выражений для матричных элементов потенциала полной экранировки Kto?(q,ce>) и динамической зависимости диэлектрической функции x(q>®)- Впервые эта задача для 2D электронов рассматривалась в [5]. В дальнейшем были предприняты попытки исследовать эту проблему для 2D электронов при заполнении нескольких подзон размерного квантования и условиях ТФ0 [6] в длинноволновом пределе. Для адекватного объяснения известных аномалий необходимо построение теории учитывающей особенности структуры, концентрации электронов в квантовой яме без использования ряда упрощающих аппроксимаций ведущих к потере важных составляющих в физической модели. К настоящему времени неизвестны теоретические расчеты,
3 Л.Д.Ландау, A.C. Компанеец, ЖЭТФ, 5, (3/4), 276 (1935).
4 Г.Н.Гольцман. К.В.Смирнов, Письма в ЖЭТФ, 74, (9/10), 132 (2001)
5 F. Stem. Phys. Rev. Lett., 18(4), 546 (1967)
6 V.G. Litovchenko, Surf. Sei., 73, 446 (1978). E.D. Siggia, P.S. Kwok, Phys. Rev. В 2, 1024 (1970).

и мыслимые сценарии «е-е» взаимодействия в системе 2Б электронов, ведущих к формированию т®хр, измеряемого на опыте.
Источниками возмущений 2Б электронов являются рассеяние последних на
донорах тУд и акцепторах Ы~А, локализованных вблизи границы раздела гетероперехода и в матрице 1 - ОаАя, соответственно. Далее возмущающими факторами могут быть островки роста (А - высота и Л - линейный параметр островков в плоскости гетероперехода) и колебания мольной доли 8х, искажающих потенциальный рельеф Ес(г)ъ плоскости двумерного канала (х,у). И, наконец, пьезоэлектрические фононы (рЬ).
Рассмотрим возможные версии или сценарии восприятия возмущения от источников и формирование за счет «е-е» взаимодействия т“р - фактора столкновительного уширения уровней Ландау:
1) - поскольку пт»пп+па и «центры тяжести» |1|/(г)2на уровнях 1 и 2 разнесены: <г{> < <г2>, то, возможно, что возмущение воспринимает массив 2Б электронов пт на основном уровне размерного квантования. Это взаимодействие
характеризуется временем т^. За счет сильного «е-е» внутризонного взаимодействия х® возмущение охватывает всю электронную систему и на опыте измеряется т®хр(т^). Траектория этого механизма показана на рис. 2.2 сплошными линиями:
т(1) => (с)=> (с",С )=> (с,'?.'? )= 4"(2.1.1.)
2) - второй сценарий возможен, если возмущение воспринимает сателлит пп на уровне Ер размерного квантования. В этом случае пп непосредственно взаимодействуют с п(1 и с пт- 2П электронами. Следовательно, время разрушения квантования формируется так:
*(2)=4«Ы'« Ыс.^Ыс’.-‘«.с'Ь'4«) (2.1.2)