Магнетосопротивление в массиве квантовых точек с разной степенью локализации носителей заряда N.P. Stepina, E.S. Koptev, A.G. Pogosov, A.V. Dvurechenskii, - презентация

1 Магнетосопротивление в массиве квантовых точек с разной степенью локализации носителей заряда N.P. Stepina, E.S. Koptev, A.G. Pogosov, A.V. Dvurechenskii, A.I. Nikiforov INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE

2 Содержание INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE Образцы с разной степенью локализации Мотивация Экспериментальные результаты по МС o o o o Заключение Si Ge [100] [001] [010] Отрицательное МС: WL модель Отрицательное МС: VRH модель Температурная зависимость проводимости o

3 Плотность см - 2 Латеральный размер нм Высота нм Поперечный срез ПЭМ 10 МС Ge 300 C СТМ изображение Ge нанокластеров Ge нанокластеры в Si INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE Ge V holes Si Зонная структура Большая плотность КТ позволяет наблюдать прыжковую проводимость вдоль 2D массива КТ

4 INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE Прыжковая проводимость дырок Немонотонная зависимость проводимости от заполнения- характерная особенность КТ. Анализ безразмерной энергии активации 2s 4p 0,000,050,100,150,200,250, Conductance ( e 2 / h ) T (K )

5 Волновая функция одиночной КТ Огибающая волновой функции Волновые функции носителей заряда в массиве КТ Потенциал, созданный массивом КТ Радиус локализации в неупорядоченной системе определяет переход МД (I – интеграл переноса, W – уровень беспорядка) x = ½

6 Сильная локализация Слабая локализация Промежуточный режим Прыжковый транспорт Диффузионная проводимость с квантовыми поправками ??????????? Режимы транспорта

7 Изменение плотности КТ Контроль фактора заполнения Пути изменения проводимости 10 nm 1 nm B δ-легирование Si Плотность КТ~4×10 11 см 2 Фактор заполнения ~2, 2.4 Отжиг 480, 550, 575, 600 и 625°C 15 nm Плотность КТ 8×10 11 см -2 Фактор заполнения ~3 HTREM изображение КТ с плотностью ~ см -2 СТМ изображения массива Кт с плотностью ~ 8×10 11 см -2 (200×200 нм)

8 INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE 3. Изменение размеров Кт и состава при отжиге Ge x Si 1-x Si Ge Si Пути изменения проводимости КТ плотность~4×10 11 см -2 Фактор заполнения ~2, 2.4 Отжиг 480, 550, 575, 600 и 625°C

9 INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCEМотивация Температурная зависимость проводимостиНелинейная проводимость Переход от прыжкового к диффузионному транспорту hopping regime diffusive regime G>0.4G 0 G

10 INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE В магнитном поле ОМС в режиме слабой локализации ОМС в VRH режиме Отрицательное магнетосопротивление b=B/B tr, B tr =h/2el 2, - digamma функция i j 2 1 N - амплитуда рассеяния

11 Температурная зависимость проводимости INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE , nm x = ½ G>0.4e 2 /h - диффузионный режим G

12 Магнетосопротивление

13 Negative magnetoresistance, VRH model The behavior of length parameter with is opposite than VRH theory predicts r ~ ξ(T 0 /T) 1/2

14 Отрицательное МС, WL модель

15 L l kFlkFl dr 4K e-65.5e-55.8e e-55.6e-52.8e e-54.8e-55e * e-54e * e-51.7e-51

16 Температурная зависимость МС Определение L из G(T) Определение L из MC

17 Определение для случая если то и можно использовать приближенный метод, считая малым параметром тогда Тем самым, анализируя зависимость можно определить

18 Предложены пути получения структур с массивом КТ с широким диапазоном изменения проводимости. Анализ температурных зависимостей проводимости подтверждает переход от прыжкового к диффузионному транспорту при изменении проводимости системы. Анализ поведения магнетосопротивления в промежуточной области значений G ( ) выполнен для структур с различными размерами и составом КТ, при изменении их плотности и заполнения КТ дырками. Выводы: 1)Режим МС подобен для всех исследованных структур. В слабых полях наблюдается отрицательное МС, которое переходит в положительное при увеличении поля. 2)Анализ отрицательного Мс выполнен в приближении прыжковой проводимости и слабой локализации. 3)Показано, что приближение слабой локализации описывает поведение отрицательного МС для всех образцов, однако параметр стремиться к нулю при уменьшении проводимости. 4)Результаты объяснены в предположении, что вклад квантовой интерференции ограничен не только длиной сбоя фазы, но также длиной локализации.Заключение

19 Эффективная масса модель самосогласованной интерференционной поправки к проводимости [B.L. Altshuler, A.G. Aronov, and D.E. Khmelnitsky, J. Phys. C 15, 7367 (1982)]

20 2 200 nm Si Al drain Al source 40 nm Si Si (001) substrate Структуры для исследования INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE V I