Эффекты межзонного туннелирования в полупроводниковых гетероструктурах

• Автор: Захарова, Анна Александровна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 281 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава I. Межзонное туннелирование в полупроводниковых гетероструктурах с гетеропереходами второго типа
1.1 Особенности туннелирования в структурах на основе материалов InAs, AlGaSb, GaSb
1.2 Метод матрицы переноса для многозонной модели Кейна и его применение для исследования структур типа InAs/-AlGaSb/InAs, InAs/AlGaSb/GaSb
1.3 Квазиклассическая теория межзонного туннелирования в полупроводниковых гетероструктурах. Случай нулевого продольного импульса
1.4 Обобщение квазиклассической теории на случай ненулевого продольного импульса туннелирующей частицы
1.5 Межзонное резонансное туннелирование в полупроводниковых гетероструктурах в квантующем магнитном поле
Глава II. Кинетические эффекты и эффекты рассеяния, обусловленные межзонным туннелированием
2.1 Инверсия заселенностей в гетероструктурах на основе узкозонных полупроводников, обусловленная межзонным туннелированием
2.2 Спиновая ориентации электронов, связанная с межзонным туннелированием и протеканием тока вдоль плоскости гетероструктуры
2.3 Межзонное туннелирование с испусканием продольного оптического фонона в широкозонном барьере
Глава III. Метод эффективного туннельного гамильтониана для задач межзонного туннелирования
3.1 Метод эффективного гамильтониана для случая модели Кейна
3.2 Применение метода туннельного гамильтониана для исследования резонансного туннелирования. Туннельные времена и эффекты неравновесной заселенности квази-стацио нарных состояний в ТРС типа InAs/AlSb/InAs
3.3 Метод эффективного гамильтониана для случая наличия смешивания состояний электронов (легких дырок) и тяжелых дырок за счет влияния удаленных зон
3.4 Исследование туннельной прозрачности и туннельных времен в структурах типа InAs/AlSb/GaSb для межзон-ных переходов в состояния легких и тяжелых дырок
Глава IV. Особенности вольт-амперных характеристик туннельно-резонансных структур с гетеропереходами второго типа
4.1 Модели расчета ВАХ ТРС на основе гетеропереходов второго типа
4.2 Вольт-амперные характеристики туннельно-резонансных структур типа In As/AISb/In As
4.3 Вольт-амперные характеристики туннельно-резонансных структур типа In As/AlSb/GaSb
Заключение
Приложение
Приложение
Литература

Введение
Полупроводниковые туннельные, транзисторные и другие гетероструктуры являются предметом интенсивных как теоретических так и экспериментальных исследований в течение последних нескольких десятилетий. Это связано как с многообразием наблюдаемых интересных физических эффектов в таких структурах, а так и с перспективностью их практического использования. Полупроводниковые туннельные диоды, впервые предложенные Л. Есаки на основе р-п перехода сильно легированных полупроводников [1], обладали вольт-амперными характеристиками (ВАХ) с хорошо выраженными участками отрицательной дифференциальной проводимости (ОДП). Это открыло возможности практического применения туннельных диодов. Основным механизмом протекания тока в диодах Есаки является межзонное туннелирование из состояний в зоне проводимости сильно легированного слоя п-типа в свободные состояния в валентной зоне слоя р-типа, что в значительной степени определяет наблюдаемые особенности ВАХ. Теория межзонно-го туннелирования в туннельных гомоструктурных диодах развита в работах [2]-[10].
Следующим важным этапом в экспериментальном исследовании полупроводниковых туннельных структур является пионерская работа Чана, Есаки и Тсу [11], которые наблюдали явление ОДП при исследовании туннельно-резонансных двухбарьерных гетероструктур СаАз/АЮаАй с внутризонным характером туннелирования. Механизм переноса носителей в таких гетероструктурах [12]-[18] связан с резонансным туннелированием электронов через квазистационарные состояния в слое квантовой ямы [19], [20], которое характеризуется наличи-

с экспериментом получено также для значений напряжения, соответствующих пиковому и долинному току. ВАХ, вычисленные с использованием туннельной прозрачности, практически совпали с найденными в терминах туннельных времен с использованием метода туннельного гамильтониана. Однако в последнем случае время расчета туннельного тока оказалось существенно меньше.
В ТРС типа InAs/AlSb/GaSb характерные значения плотности тока существенно меньше, чем в структурах InAs/AlSb/InAs, и изменением квазиуровней Ферми в контактах можно пренебречь. Исследовано влияние толщин барьерных слоев на ВАХ этих структур. Показано, что с увеличением толщины широкозонного слоя AlSb, прилегающего к отрицательно смещенному контакту, значение пикового тока сильно падает, а отношение пикового тока к долинному растет, что согласуется с экспериментом. Значения пикового тока для прямого и обратного смещения сильно асимметричных ТРС отличаются почти на порядок, что связано с накоплением заряда в квантовой яме. Такая асимметрия ВАХ наблюдалась экспериментально. Получено довольно хорошее количественное согласие с экпериментом как для величины пикового, так и долинного тока. Показано, что вклад в значения пикового тока вносят резонансное межзонное туннелирование через уровни легких дырок в квантовой яме и межзонное туннелирование через уровни тяжелых дырок. Долинный ток обусловлен межзонным туннелированием через уровни тяжелых дырок, внутризонными туннельными процессами в валентной зоне и межзонным туннелированием из квазистационарных состояний легких дырок в яме, которые опустились ниже дна зоны проводимости эмиттера, в состояния положительно смещенного контакта.