Туннельные явления в напряженных вюртцитных гетероструктурах с сильными встроенными полями

• Автор: Разжувалов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.10, 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 191 с. : ил.

Введение .

1. Резонанснотуннельные диоды на нитридах обзор

2. Кристаллическая структура и встроенные электрические поля вюртцитных кристаллов

2.1 Кристаллическая решетка вюртцита .

2.2 Симметрия .вюртцита

2.3 Внутренние электрические поля 2

3. Методы расчета зонной структуры и коэффициента прохождения. Однодолипная Гмодель .

3.1 Модель резких гстерограниц. Метод матрицы рассеяния

3.2 Метод расчета комплексной зонной структуры

3.3 Параметры псевдопотенциалов. Зонный спектр 1 и

3.4 Анализ комплексной зонной структуры вюртцитных материалов

3.5 Псевдопотенциальный расчет и однодолипная Гмодсль квантовых процессов в двухбарьерной структуре
4. Расчет туннельного тока без учета самосогласования .
4.1 Метод расчета туннельного тока.
4.2 Туннельный ток в симметричной структуре. Анализ эффекта Штарка ..
4.3 Туннельный ток в несимметричных структурах
4.4 Туннельный ток в ограниченных сверхрешетках
4.5 Выводы к главе 4 .
5. Самосогласованный расчет туннельного тока.
5.1 Определение самосогласованного потенциала с использованием
уравнений Шредиигера и Пуассона
5.2 Анализ резонансных уровней в структурах в зависимости от ширины квантовой ямы
5.3 Туннельный ток в двухбарьерной структуре 2522. Одиорезонансное приближение
5.4 Зависимость туннельного тока от температуры и степени легирования. Сравнение результатов расчета туннельного тока в пит
ридных и мышьяковых материалах .
5.5 Выводы к главе 5
6. Гистерезис туннельного тока в нитридных материалах
. 6.1 Общие особенности туннельного тока и заряда в квантовой яме
в двухбарьерной структуре 262Л2
6.2 Эффект отрицательной обратной связи в поведении резонансного уровня в зависимости от напряжения .
6.2.1 Положительные напряжения
6.2.2 Отрицательные напряжения
6.3 Анализ сопротивления структуры на разных ветвях тока.
6.4 Корреляция туннельного тока и плотности двумерного электронного газа в квантовой яме .
6.5 Зависимость гистерезиса от поверхности роста и толщины барьеров
6.6 Выводы к главе 6 .
7. Конденсаторная модель гистерезиса туннельного тока в структурах .
7.1 Анализ особенностей в однорезонансном приближении
7.2 Модель зарядового конденсатора .
7.2.1 Описание модели .
7.2.2 Определение параметров модели для скачков тока
7.2.3 Интерпретация петли гистерезиса туннельного тока
7.3 Выводы к главе 7
8. Самосогласованный расчет электронного потенциала и туннельного тока с учетом точного распределения внутренних полей в слоях структуры .
8.1 Влияние поляризационных зарядов на электронный потенциал в области контактов
8.2 Расчет туннельною тока с учетом точного распределения внутренних нолей в структуре .
8.3 Численный анализ условия компенсации внутренних полей в области контактов. Сравнение результатов расчета разных моделей
8.4 Влияние дефектов на вольтампсрпые характеристики туннельных диодов
8.4.1 Экспериментальные данные, указывающие на влияние дефектов .
8.4.2 Модели распределения дефектов и сравнение с экспериментом .
8.5 Выводы к главе 8
Заключение .
Список использованной литературы


Первые теоретические работы проводились в рамках метода эффективной массы в приближении плоских зон или с учетом только пьезо
полей ,,, тогда как спонтанная поляризация в нитридных соединениях может создавать поля даже с большей напряженностью . Так, в работе было показано, что спонтанная поляризация дает основной вклад в красный штарковский сдвиг энергий оптических переходов в квантовых ямах ОаМ. Величина и ориентация внутренних полей зависят от толщины слоев, их химического состава, легирования, типа подложки и т. Например, выбором подходящего состава и напряжения, можно менять напряженность встроенного ноля от Всм до исчезающе малого значения даже в механически напряженных структурах. Известные эффекты, связанные с внешними электрическими полями блоховские осцилляции, штарковская локализация состояний, межзопное туннелирование, существенно модискицируются в присутствии внутренней поляризации и могут проявляться даже при малом числе ультратонких слоев в гетероструктуре. Для сравнения в сверхрешетках ОаАзДАиОазяАэ с толщиной слоев ЗОА штарковская локализация носителей в ямах ваАБ наблюдается при внешних полях со значительно меньшей напряженностью 5 Всм . Однако, в этих кристаллах пьезоэлектрические поля несущественны, а спонтанная поляризация запрещена изза кубической симметрии. Интерес к квантовым резонанснотуннельным структурам обусловлен, прежде всего, малой инерционностью процесса резонансного туннелирования в них времена порядка с, а следовательно, перспективами создания высокочастотных приборов терагерцового диапазона частот и цифровых приборов со временем переключения менее 1 пс ,1 Основными элементами квантовотуннельных приборов являются двухбарьерные резонанснотуннельные диоды РТД, уже созданные для большинства традиционных материалов таких как , i и I. Создание РТД для группы III будет способствовать появлению единой нитридной элементной базы, в которой наблюдение квантовых эффектов станет возможным при существенно высоких температурах . Выделенность центральной Гдолины по отношению к положению ближайших боковых долин для 0. В, для I 1 эВ , исключающая нежелательное влияние эффектов междолинного смешивания приводящих в структурах к увеличению времени туннелирования , позволит создавать на основе и 1 быстродействующие, резонанснотуннельные структуры, с одной стороны, устойчивые, как и их бинарные компоненты, к экстремальным внешним воздействиям высоким температурам, внешним напряжениям, облучению и т. Очевидно, что сильные поляризационные поля должны существенно изменять все характеристики процесса туннелирования, причем, вследствие зависимости напряженности полей от параметров гетероструктуры, формы их проявления могут быть многообразными. С использованием iii псевдоиотенциалов были определены параметры спонтанной и пьезоэлектрической поляризации и разрывы зон на гетерограницах напряженных структур I ,. Еще более точное описание зонной структуры может быть получено в рамках квазичастичного подхода . Однако, нелокальный характер этих псевдопотепциалов затрудняет определение состояний с комплексными значениями волнового вектора, возникающих при решении задачи о рассеянии электронов. Поэтому в диссертации исследование процессов туннелирования электронов через многобарьерные наноструктуры ix проведено методом локального псевдопотенциала , позволяющего использовать эффективный метод нахождения общих решений уравнения Шредингера . Широкое применение нитридных квантовых приборов сдерживается многочисленными примесями и низким структурным качеством гетеросоединений. Оба этих фактора нарушают трансляционную инвариантность кристаллической решетки и приводят к рассеянию носителей заряда. Что, в конечном итоге, препятствует сохранению поперечного границе импульса электрона и подавляет квантовые эффекты . Низкое качество материалов, отчасти вызвано тем, что рост нитридов при газофазовой эпитаксии из металлоорганических соединений происходит при температурах Т С в средах с высокими концентрациями аммиака, водорода или под воздействием азотных радикалов с температурами Т 0 С в случае использования молекулярнолучевой эпитаксии 5.