半导体量子器件的磁输运与磁隧穿性质研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 周远明 |
| 答辩日期 | 2010-05-21 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 戴宁 ; 俞国林 |
| 关键词 | 半导体量子器件 磁输运 自旋-轨道耦合 电子-电子相互作用 磁隧穿 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 在21世纪，基于量子理论的半导体量子器件将在信息高速公路的建设中扮演越来越重要的角色。通过测试半导体量子器件在深低温、强磁场下的电学性质，可以得到载流子的一些基本参量及运动规律，从而为半导体量子器件的开发设计提供实验参考。本论文主要研究了高迁移率In0.53Ga0.47As/InP量子阱结构的磁输运性质和弱耦合GaAs/AlGaAs/InGaAs双势阱器件的磁隧穿性质，得到如下结果：1、通过对Shubnikov-de Haas（SdH）振荡的傅立叶变换谱（FT）进行拟合，我们第一次通过实验定量地获得了不同自旋子带的量子迁移率。我们发现，能量较高的自旋子带具有较大的量子迁移率，这很有可能依赖于某种与自旋相关的散射过程。不同自旋子带的量子迁移率随载流子浓度的变化都表现出先增大后减小的非单调性质，这是由于电离杂质散射和合金无序散射两种机制相互竞争的结果。除此之外，自旋子带量子迁移率之间的差异可以通过栅压来调控。2、通过拍频和反弱局域（WAL）两种分析手段，我们发现In0.53Ga0.47As/InP样品的零场自旋分裂能高达2meV，表明样品中存在强的自旋-轨道耦合。另外，随载流子浓度的变化趋势具有非单调性（在某一电子浓度表现出极大值），根据Rashba模型计算得到的自旋-轨道耦合系数α随浓度的增大近似线性的减小，表明通过栅压可以有效调控样品中的自旋-轨道耦合强度。这些结果表明In0.53Ga0.47As/InP样品是制备自旋场效应管的理想材料。通过在FT拟合程序中引入一个与磁场有关的有效g因子可以完美解释两种分析手段得到的α值之间存在的微小偏差。3、利用公式计算出了不同栅压下的α理论值。与实验结果相比，α理论值偏小，并且对载流子浓度表现出较弱的依赖性。针对α理论值与实验值的差异提出了可能的解释：理论计算过程中忽略了电子波函数向势垒层的渗透效应和实际InGaAs/InP样品中可能存在的InGaAs-InP界面层。4、通过拟合低磁场下的抛物型负磁电阻效应，研究了In0.53Ga0.47As/InP量子阱结构中电子-电子相互作用对Drude电导率的修正值随栅压（或电子浓度）的变化规律。电子-电子修正值在数值上远大于近期Gornyi等人提出的理论预期值，而可以用传统的Altshuler理论描述，这表明Hartree项对修正值的贡献可以忽略。电子-电子修正值随着电子浓度的增大而加速增大，与现有的理论预测相反。我们推断这种现象很可能与样品中的强自旋-轨道相互作用有关。5、研究了低温条件下弱耦合GaAs/AlGaAs/InGaAs双势阱器件的纵向磁隧穿特性。器件在零偏压时处于共振状态。这是由于InGaAs量子阱的禁带宽度小于发射极GaAs材料的禁带宽度，从而使电子从发射极流向量子阱而导致电子在阱中积累。这与自洽求解薛定谔方程和泊松方程得到的结果一致。通过对不同偏压下的磁电导振荡曲线进行分析，得到量子阱中的基态束缚能级随偏压的变化规律，进而可以确定各隧穿电流峰对应的隧穿机制。这些结果为弱耦合双量子点器件的成功制备提供了基础。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5170]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 周远明. 半导体量子器件的磁输运与磁隧穿性质研究[D]. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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