Эффекты межэлектронного взаимодействия в квантовых гальваномагнитных явлениях в полупроводниковых гетероструктурах ρ- и η-типа

• Автор: Карсканов, Иван Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 91 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Квантовые эффекты в проводимости двумерных (2И) систем в классически слабых и сильных магнитных полях (общие представления)

1.1 Квантовые поправки к проводимости

1.1.1 Классическая проводимость

1.1.2 Интерференционные квантовые поправки

1.1.3 Время сбоя фазы

1.1.4 Отрицательное магнитосопротивление

1.1.5 Квантовые поправки за счет электрон-электронного взаимодействия

1.1.6 Влияние эффекта Зеемана на межэлектронное взаимодействие

1.2 Квантовый эффект Холла

2 Описание экспериментальной установки. Образцы: методы получения, приготовления и измерения
2.1 Общее описание установки для исследования гальваномагнитных явлений
в полупроводниковых структурах
2.2 Образцы: метод получения, приготовление
3 Особенности квантовых поправок к проводимости в гетероструктурах
р — Се/Сеї-хБіх
3.1 Введение к главе 3. Влияние пространственного квантования и одноосного
напряжения на спектр валентной зоны германия
3.2 Разделение вкладов слабой локализации и электрон - электронного взаимодействия в проводимость гетероструктур р — Се/Сеі_3,5га;
3.3 Влияние сильного зеемановского расщепления на магнетосопротивление
двумерного дырочного газа в гетероструктуре р — Ое/Се~хЗіх
3.4 Выводы к главе 3

4 Квантовые интерференционные эффекты в проводимости гетероструктур п — ГПуОауАэ/СаАз
4.1 Введение к главе 4. Квантовые поправки к проводимости 2Б систем за
счет электрон - электронного взаимодействия в диффузионном и баллистическом режимах
4.2 Температурная зависимость подвижности электронов в системе
71 — ІїіуСауАз / СаАэ
4.3 Разделение вкладов в проводимость от двух типов носителей заряда в
двойных квантовых ямах п — ІПуЄаі-уАз/СаАв
4.4 Выводы к главе
5 Особенности квантового эффекта Холла в гетероструктурах
р — Се/Сеі __х8іхи квантовых ямах п — 1пуСа] _уАй/СаЛь
5.1 Введение к главе 5. Скейлинг в режиме квантового эффекта Холла
5.1.1 Двухпараметрический скейлинг
5.1.2 Температурная зависимость ширины полосы делокализованных состояний
5.2 Переходы плато-плато в режиме квантового эффекта Холла
5.2.1 Гетероструктуры 71 —/ПуСах-уАа/б’аДв
5.2.2 Гетероструктуры р — Ое/Сеі_хЗіх
5.3 Выводы к главе
Основные результаты
А Приложение. Спин-орбитальное взаимодействие в р — С1е/Се1_х8іх
В Приложение. Два типа носителей заряда
Публикации
Литература

Введение
Актуальность темы. Развитие технологии изготовления структур с пониженной размерностью методом молекулярно - лучевой эпитаксии позволило получать слоистые структуры с точно заданными составом и толщиной слоев вплоть до атомных. Наиболее физически интересные из них - двумерные электронные системы, в частности, квантовые ямы. Такие ямы могут быть созданы в одиночном и двойном гетеропереходах или в структурах типа металл-изолятор-полупроводник. К наиболее изученным в настоящее время относятся квантовые ямы на основе гетероструктур п — Si МОБРЕТ, п — ОаЛэ/АЮаАэ, р — СаЛэ/АЮаАв, Бг/р — БгОе, р — Се/5гСе.
Постоянно растущий интерес к двумерным электронным системам обусловлен их широким применением в современной технике для построения элементной базы современной и перспективной электроники (полупроводниковые лазеры). Помимо очевидной связи этого направления с вопросами технологии в нем можно выделить отдельную область, представляющую интерес с фундаментальной точки зрения. В двумерных электронных системах наблюдается необычайное богатство фундаментальных физических явлений - квантовые эффекты на макроскопическом уровне, например, целочисленный и дробный квантовый эффект Холла (КЭХ), квантовые интерференционные эффекты в проводимости, квантовые фазовые переходы, вигнеровская кристаллизация, переход металл-диэлектрик, и т.п., и поэтому изучение такого рода объектов и явлений составляет фундаментальную задачу физики конденсированного состояния и отнесено к приоритетным направлениям физических исследований. Это привело к тому, что физика низкоразмерных электронных систем составляет значительную часть современной физики полупроводников.
Особое место в физике двумерных электронных систем занимают исследования транспортных и магнитотранспортных свойств. Особые транспортные свойства 2Э-электронных систем определяются следующими факторами:
• Пограничное положение между одномерными системами, в которых все электронные состояния считаются локализованными, и трехмерными, в которых имеется

ляется в так называемом транспортном ноле В4г = /г(4еПт)-1, когда магнитная длина становится меньше длины свободного пробега I. Вклад в электронное взаимодействие Д<тее эффекта Зеемана характеризуется полем Вг — квТ{дрв)~г (д - фактор Ланде, рв - магнетон Бора, кв - постоянная Больцмана), когда происходит смена типа полевой зависимости сопротивления с параболического на логарифмический.
Общепринятая схема разделения вкладов электрон - электронного взаимодействия и слабой локализации в проводимость заключается в следующем. Большинство электронных систем (и прежде всего гетеросистема АЮаАз/СаАв) имеют малую величину р-фактора. Это приводит к тому, что в слабых магнитных полях магнитосопротивле-ние определяется в основном вкладом слабой локализации, что позволяет определить параметры слабой локализации. После вычитания из полного магнитосопротивления вклада слабой локализации исследуют электрон - электронное взаимодействие (см. например, [24] ). Такую схему нельзя применить, если характерные магнитные поля для вкладов слабой локализации и электрон - электронного взаимодействия близки.
Задача данного исследования - на основе современных теоретических представлений построить схему разделения вкладов в проводимость от явлений слабой локализации и электрон - электронного взаимодействия и получить значения параметров, характеризующих данные эффекты для исследуемых нами образцов. Решение этой задачи осложняется тем, что в системах р — С7е/(7е1_а;5'гхносителями заряда являются дырки с сильной непараболичностыо закона дисперсии и большой величиной д - фактора Ланде (на дне первой подзоны пространственного квантования д = 20,4). Это в свою очередь приводит к тому, что, как будет показано ниже, эффект слабой локализации и эффект Зеемана дают вклады в проводимость в одной и той же области магнитных полей (Вр ~ В:).
В магнитном поле сопротивление р и проводимость а становятся тензорами второго ранга, компоненты которых имеют следующие соотношения между собой и зависимости от В:
__ &орВ Ц
Охх — Оуу — ) &Ху &ух 2 ’ 2- О"о, .О ]] 3, 'у СНсТ рВ,
где шс - циклотронная частота, р - подвижность носителей. С учетом квантовых поправок к проводимости имеем
о„{В, Т) = + Аа™ь(В, Т) + Ааее(В, Т). (3.6)