Кинетические свойства размерно-квантованных систем в электрическом и магнитном полях

• Автор: Хамидуллин, Рустам Ангамович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Глава 1. Кинетические свойства низкоразмерных систем. Обзор литературы.

1.1 Оптические свойства размерно-квантованных систем

1.2 Явления переноса в размерно-ограниченных системах

Глава 2. Многофононное поглощение света в размерно-квантованных

системах во внешних полях.

2.1 Межзонное поглощение света в квантовых ямах в электрическом и магнитном полях

2.2 Межподзонное поглощение света в квантовых ямах в продольном магнитном поле

Глава 3. Межзонное поглощение света в полупроводниковых структурах в однородном электрическом поле.

3.1 Поглощение света в полупроводниках в электрическом поле

3.2 Поглощение света в низкоразмерных системах в электрическом поле

Глава 4. Электропроводность низкоразмерных систем в магнитном поле.

4.1 Статическая электропроводность в электрон-фононных системах. Общие соотношения
4.2 Электропроводность параболической квантовой ямы
4.4 Электропроводность квантовой проволоки в магнитном поле
Заключение
Литература
Работы, опубликованные по теме диссертации

Среди последних достижений современной электроники особое место занимают приборы с использованием новых искусственно созданных полупроводниковых структур, обладающих уникальными физическими свойствами, обусловленными проявлением квантовых эффектов (эффект размерного квантования, квантовый эффект Холла, квантование проводимости и оптических свойств, квантовые контактные явления, туннельный эффект, амплитудное и фазовое сжатие электромагнитных волн и т.д.)- Одним из наиболее перспективных в использовании и интенсивно изучаемых является эффект размерного квантования. Квантование движения частиц имеет место, когда характерный размер системы близок по величине к длине волны де Бройля носителей. Уменьшение размеров системы в одном либо двух, трех направлениях приводит к тому, что движение частицы становится соответственно: квазидвумерным, квазиодномерным или
квазинульмерным. В настоящее время существует большое число видов низкоразмерных систем: квантовые ямы (КЯ), сверхрешетки (СР), квантовые проволоки (КП), квантовые доты и их системы.
Современная технология позволяет изготовлять низкоразмерные системы с разнообразными, порой весьма отличными от массивных полупроводников, структурными, оптическими, электрическими, магнитными и другими свойствами. При этом применение внешних воздействий (электрического и магнитного полей, когерентного электромагнитного излучения, механического и теплового воздействий) позволяют плавно, ступенчато либо очень резко менять их свойства.
Так, внешние электрическое и магнитное поля способны принципиально менять энергетический спектр носителей заряда и волновые функции (например, в КЯ в перпендикулярном поверхности магнитном поле спектр энергий становится полностью квантованным (квазинульмерным)).

Поля влияют на основные механизмы рассеяния носителей (фононный, примесный, рассеяние на поверхности). Определяют законы взаимодействия частиц с излучением (правила отбора, избирательность по поляризации и т.д.). При этом могут сильно меняться оптические и кинетические свойства размерно-квантованных систем (например, возникают осцилляции электропроводности), проявляются новые интересные физические эффекты. В то же время, исследование оптических свойств и явлений переноса во внешних полях дает чрезвычайно важную информацию о низкоразмерных системах, которую подчас трудно, либо невозможно определить другими способами. Например, ширину запрещенной зоны, шаг размерного квантования, эффективную массу определяют из оптических исследований, концентрацию носителей - из эффектов Холла и Шубникова-де Гааза, энергию оптических фононов - из магнитофононного резонанса, и т.д.). Таким образом электрическое и магнитное поля позволяют эффективно управлять оптическими и кинетическими свойствами размерноквантованных систем, что делает их весьма перспективными при создании новых оптоэлектронных приборов.
Такие особенности систем с пониженной размерностью предсказывались давно, но только в последние два десятилетия, благодаря развитию технологии (молекулярно-лучевой эпитаксия, сканирующая туннельная микроскопия, химическое осаждение из металло-органической фазы) стало возможным в полной мере производство структур с заранее заданными свойствами. Что позволяет еще более улучшить основные характеристики электронных устройств: увеличить быстродействие,
уменьшить размеры, повысить надежность, уменьшить энергопотребление и т.д. При рассмотрении оптических спектров поглощения и люминисценции, электропроводности в КЯ обычно использовалась простая модель прямоугольной КЯ с конечными или бесконечно-высокими стенками. Однако новые технологии, например, применение компьютерного контроля

Интегрирование по квазиимпульсам электрона проводится точно с использованием интегрального представления для функций Эйри. В результате:

К(С1) = л Я0(Па)Е)и2 аі2(т)сіт

=гг Д0(/ій)е)''2|лі'(/?)Р - Л
(3.15)
Здесь /?0
2ег Р Е ж СУТ
п0сО. щ
ґ2^гП Пг
,Р = ~
ТісоЕ '
Соотношение (3.15) совпадает с результатом многочисленных работ (например, [39]), посвященных исследованию межзонного поглощения света в однородном электрическом поле.
Вычислим коэффициент поглощения света в однородном магнитном поле Н, направленном вдоль оси Ох в электрическом поле Е || Н.
Гамильтониан для электрона в калибровке А(0,0,Ну) в рассматриваемой конфигурации полей имеет вид:
Я«-

2т,
о еН
Р: + у

Р1 Р2
у X
2 т,- 2т,■
(3-16)
Следовательно, гамильтониан (3.16) соответствует виду (3.9), и можно в дальнейшем использовать для расчета коэффициента поглощения света соотношение (3.11). Как непосредственно следует из (16) сглаженные волновые функции электрона в зонах одинаковы [136] (^/Г|ау } ~ & Ра ) И собственные значения энергии равны:
4С) =Гшс(п +1/2) +
ь2к2х
2т „
4”) =-Йй>,(и +1/2)

2т.,
- Е„