Các hiệu ứng động và âm điện tử trong các hệ điện tử thấp chiều luận án TS vật lý62 44 01 01

Mục lục Danh sách hình vẽ 1.1Phổ lĩtợng màng mỏng lượng tử hóa giảm kích 2.1Sự phụ thuộc azz(!) vào luợng sóng điện từ bán kính dây luợng tử Truờng hợp n = n' = 0;' = ' = 4.1Dường cong phụ thuộc hệ số hấp thụ phonon âm vào vectố sóng phonon - trường hợp hấp thụ photon; T = 30K; - = 10THz; Dây lượng tử hình trụ 4.2Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ phonon âm vào nhiệt độ vector sóng phonon - trường họp hấp thụ photon; 4.3Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ phonon âm vào vector sóng phonon tần số Laser- trường họp hấp thụ photon; T = 30K; Dây lượng tử hình trụ với hố hình parabol 111 4.4Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ phonon âm vào nhiệt độ vector sóng phonon - trường hợp hấp thụ photon; — — 4.5Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ phonon âm vào vector sóng — .phonon với — = 250THZ;R = 15nmT = 77K Dồ thị cho trường họp hấp thụ photon bên trái đồ thị cho trường họp hấp thụ nhiều photon bên phải Dây lượng tử hình trụ -có từ trường 116 4.6Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ phonon âm vào tần số Laser; — R = 17nm; T = 77K; Đồ thị cho trường hợp hấp thụ photon bên trái đồ thị cho trường họp hấp thụ nhiều photon bên phải Dây lượng tử hình trụ -có từ trường 117 4.7Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ phonon âm vào vectổ sóng — phonon; R = 15nm; T = 20K; m* = 0; 067m; — = 100THz; Dồ thị cho trường họp hấp thụ photon bên trái đồ thị cho trường họp hấp thụ nhiều photon bên phải Dây lượng tử hình trụ hố chiều paraboỉ, chiều hình vng- có từ trường 120 4.8Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ phonon âm vào vectố sóng — .phonon tần số Laser cho trường hợp hấp thụ nhiều photon Dây lượng tử hình trụ hố chiều paraboỉ, chiều hình vng-có từ trường 121 4.9Sự phụ thuộc hệ số hấp thụ phonon âm vào cường độ trường laser-hấp thụ nhiều photon Sử dụng hệ toạ độ loga(giá trị X trục tương ứng với giá trị 10x hệ toạ độ thườĩig Dây lượng tử hình trụ hố chiều paraboỊ — — 4.10 Sự phụ thuộc tốc độ biến đổi mật độ phonon âm vào vectơ cường độ điện trường với giá trị khác tần số laser Dường solid, dashed, dotted tương ứng — vớỉ - = 1; 2; X 1014Hz T = 77K> q = 108m-1 4.11 Sự phụ thuộc tốc độ biến đổi mật độ phonon quang vào cường độ điện trường với giá trị khác tần số laser Dường solid, dashed, dotted tương ứng với - = 1; 2; X 1013Hz.T = 77K,q = 108m — Danh sách bảng 2.1Bảng thông số đặc trưng clây lượng tử hình — trụ ? 70 4.1Bảng thơng số clây lượng tử hình chữ nhật 126 — Danh sách bảng — Chỉ số — MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài — Khởi đầu từ thành công rực rỡ vật liệu bán clẫn vào thập niên 50, 60 kỉ trước, với phát triển mạnh mẽ công nghệ nuôi tinh thể epitaxy chùm phân tử (MBE: Molecular Beam Epitaxy)[26, 43, 44] kết tủa hoi kim loại hóa hữu co (MOCVD: Metalorganic Chemical Vapor Deposition)[69] người ta tạo nhiều cấu trúc nanô Song song với phát triển công nghệ chế tạo phát triển kỹ thuật đo hiệu ứng vật lý cấp độ vi mô Một công cụ truyền thống nghiên cứu phổ tia X (XAFS, EXAFS): chiếu chùm tia sáng lượng cao vào vật liệu nghiên cứu ảnh nhiễu xạ để biết thông tin clo tưong tác vật liệu với tia X Gần phát triển thêm loại kính hiển vi đầu clị STM (Scanning Tunneling Microscopy: kính hiển vi đầu clị sử dụng hiệu ứng đường hầm), SEM (Scanning Electron Microscopy: kính hiển vi đầu dò điện tử) sử dụng hiệu ứng lượng tử tinh tế Các loại kính cho phép "chụp ảnh” cấu trúc vật liệu Có thể nói rằng, hai thập niên vừa qua cấu trúc tinh thể nanô (màng mỏng, siêu mạng, hố lượng tử, dây lượng tử, chấm lượng tử, ) dần thay vật liệu bán dẫn khối kinh điển — Trong cấu trúc nanô vậy, chuyển động hạt dẫn bị giới hạn nghiêm ngặt dọc theo hướng tọa độ với vùng có kích thước đặc trưng vào cỡ bậc bước sóng De Broglie, tính chất vật lí điện tử thay đổi đáng kể, xuất số tính chất khác, gọi hiệu ứng kích thuốc, quy luật co học lượng tử bắt đầu có hiệu lực, đặc trưng co hệ điện tử phổ lượng bị biến đổi Phổ lượng bị gián đoạn dọc theo hướng tọa độ giới hạn Do tính chất quang, điện hệ biến đổi mở khả ứng dụng cho linh kiện điện tử làm việc theo ngun lí hồn tồn cơng nghệ đại, có tính chất cách mạng khoa học kĩ thuật nói chung lĩnh vực quang-điện tử nói riêng [32, 57, 58, 95] — Hệ vật liệu thấp chiều cấu trúc hoàn toàn mới, khác hẳn với vật liệu trước chia hệ thấp chiều làm ba loại: hệ hai chiều(2D), hệ chiều(lD) hệ không chiều(OD) Trong luận án tập trung nhiều vào nghiên cứu hiệu ứng vật lý hệ hai chiều(2D) hệ chiều(lD) — Hệ hai chiều lớp vật liệu mỏng, mạng tinh thể xem hai chiều chiều thứ ba bị giới hạn Trong chiều bị giới hạn, hiệu ứng lượng tử xuất Chuyển động điện tử lúc theo hai chiều, clẫn đến tính chất điện quang thay đổi; thay đổi điển hình mật độ trạng thái khơng hên tục mà có dạng bậc thang Hệ hai chiều thường phân loại theo cấu hình khác nhau; đon giản màng mỏng (thin films): lớp vật liệu có kích thước chiều cỡ lOOnm, hai chiều có kích thước bình thường Khi ghép lớp kim loại-điện môi-bán dẫn, cấu trúc MOS (metal oxide semiconductor) Ghép hai màng bán dẫn có độ rộng vùng cấm khác nhau, cấu trúc dị chất đon (single heterostructure); chồng lên nhiều màng thế, thu hố lượng tử (quantum wells) hố hẹp, rào rộng; siêu mạng (superlattice) độ rộng hố độ rộng rào xấp xỉ (xảy hiệu ứng đường hầm) Khi pha thêm tạp chất vào màng mỏng bán dẫn xếp chồng chúng lên nhau, cấu trúc siêu mạng nipi lớp delta Một đặc điểm phổ lượng, mật độ trạng thái, thay đổi nhờ thay đổi độ dày màng mỏng đặt chúng trường ngồi (từ trường, điện trường, ) - điều khơng có bán dẫn khối [30] Chaubey M p and Van Vliet c M (1986), "Transverse magnetoconductivity of quasi-two-dimensional semiconductor layers in the presence of phonon scattering ”, Phys Rev B38, pp 5617-5622 [31] Esaki L., Tsu R (1970), "Superlattice and negative conductivity in semiconductors”, IBM J Res Develop., 14, pp 61-65 [32] Esaki L (1984), "Semiconductor superlattices and quantum wells”, Proc 17th Int Conf Phys Semiconductors, San Erancisco, CA, pp 473-483 [33] Esaki L (1989), ”The evolution of semiconductor superlattices and quantum wells”, hư J Mode Phys., B3(4), pp 487-507 [34] Epstein E M.(1975), "Interaction of intensive electromagnetic waves on electron properties of semiconductors”, Communications of HEE of USSR, ser Radỉo Physics, 18, pp 785-811 [35] Fock v.(1988), "Derived the general relativistic wave equation and the equations of motion of a charged point Zeitschrift fur Physik”, emis.math ecnu edu cn/journals/LRG/Articles/lrr-2004~ 2/downỉoad/ỉrr-2004~2.ps , pp 419-446 [36] Feng p and Chen N X (1992), ”Amplification of the interíacephonon population under an intense laser field”, Phys Rev B46(12), pp.76277631 [37] Generazio E R and Spector H N.(1979),”Free carrier absorption in quantizing magnetic íields”, Phys Rev B20, pp 5162-5167 [38] Galperin M Y., "Introduction to Modern Solid State Physics”, Aug 2001 (http://edu.ioffe.ru/lib/galperin/.) [39] Glavin B A., Kochelap V A., Linnik T L., Kim K w., and Stroscio (2002),”Generation of high-frequency coherent acoustic phonons in superlattices under hopping transport Linear theory of phonon instabilIty”, Phys Rev B65(8), pp 085303-085313 [40] Golcl A and Ghazali A.(1990), "Analytical results for semiconductor quantum-well wire: Plasmons, shallow impurity States, and mobility", Phys Rev B41, pp 7626-7640 [41] Geyler V A., Margulis V A.(2000),”Quantization of the conductance of a three-dimensional quantum wire in the presence of a magnetic lield " , Phys Rev B61(3), pp 1716-1719 [42] Harris J s (1990), "From Bloch functions to quantum wells", International modern Physics, B4, pp 1149-1179 [43] Herman M A., Sitter H (1988), "Molecular beam epitaxy”, Springer Ser Mat Sci., 7, Springer, Berlin, Heisenberg [44] Hess K (1979), "Impurity and phonon scattering in layered structures”, Appl Phys Lett., 35, pp 484-486 [45] Ham H and Harold N s (2000),”Exciton linewidth due to scattering by polar optical phonons in semiconducting cylindrical quantum wire structures”, Phys Rev B62, pp 13599-13603 [46] Herbst M., Glanemann M., Axt V M., and Kuhn T.(2003), "Electronphonon quantum kinetics for spatially inhomogeneous excitations”, Phys Rev B67, pp.l95305(l)-195305(18) [47] Knox R.(1963), "Theory of Excitons”, Solid State Physỉcs (Suppỉ 5)(Academỉc, New York), pp 141-147 [48] Komirenko s M., Kim K w., Demidenko A A., Kochelap V A and Stroscio M A.,(2000) "Generation and amplilication of sub-THz coherent acoustic phonons under the drift of two-dimensional electrons”, Phys Rev B62(ll), pp 7459-7469 [49] Kubo R (1957), "Statistical-Mechanical Theory of Irreversible Processes”, J Phys Soc Japan.,12, pp 570-586 [50] Masale M and Constantinou N c (1993), "Electron-LO-phonon scattering rates in cylindrical quantum wire with an axial magnetic field: Analytic results”, Phys Rev B48(15), pp.11128-11134 [51] Mori H (1965), "A Continued-Fraction Representation of the TimeCorrelation Functions", Prog Theor Phys., 34, pp 399-416 [52] Mori N and Ando T.(1989) "Electron - Optical phonon interaction in single and double heterostructures", Phys Rev B40, pp 6175-6188 [53] Mendez E E.(1986), "Electronic mobility in semiconductor heterostructures", IEEE J Quant Elec., V QE 22, N9, pp 1720-1727 [54] Mickevicius R., Mitin V (1993), "Acousic-phonon scattring in a rectangular quantum wires", Phys Rev B48(23), pp 17194-17201 [55] Nguyên Hong Shon, and Nazareno H N (1994), "Propagation of elastic waves in Semiconductor superlattices under the action of a laser lield", Phys Rev B50, pp 1619-1627 [56] Nam L K., Youn J L and Sang D c (2004), "Derivation of the DC conductivity in a quantum well by using an operator Algebra technique", J Korean Phys Soc., V44(6), pp.1535-1541 [57] Nguyên Quang Bau, Nguyên The Toan, Chhoumm Navy, Nguyên Vu Nhan (1995), "The inhuence of quantizing magnetic lield on the absorption of a weak electromagnetic wave by free electrons in semiconductor superlattices", Proceed Secon IWOMS,95, Hanoi, Vietnam, pp 207-210 [58] Nguyên Quang Bau, Nguyên The Toan, Chhoumm Navy, and Tran Cong Phong (1996), "The theory of absorption of weak electromagnetic wave by free electrons in semiconductor superlattices", Communications in Physics, 6(1), pp 33-40 [59] Nguyên Quang Bau, Tran Cong Phong (1998), "Calculations of the Absorption Coefficient of a Weak Electromagnetic Wave by Free Carriers in Quantum Wells by the Kubo-Mori Method", J Phys Soc Japan., 67, pp 3875-3880 [60] Nguyên Quang Bau, Tran Cong Phong (2003)," Parametric resonance of acoustic anh optical acoustic in quantum well", J Korean Phys Soc., 42(5), pp 647-651 [61] Nguyên Quang Bau, Choumm Navy, Nguyên Vu Nhan, (1997), "The quantum theory of amplifìcation of souncl (acoustic phonons) by laser wave in non-degenerate semiconductor", VNU Journal of Science, Mathematics-Physics., pp.7-12 [62] Nguyên Quang Bau, Nguyên Vu Nhan and Tran Cong Phong (2002),”Calculations of the absorption coefficient of a weak electromagnetic wave by free carriers in doped superlattices by using the Kubo-Mori methocl", J Korean Phys Soc., 41, pp 149-154 [63] Nguyên Quang Bau, Chhoumm Navy and Shmelev G M (1996),"Iníluence of laser radiation on the absorption of weak electromagnetic wave by free electron in semiconductor superlattices”, ỉn Proceedings of ỉ 7th Congress of the Inter Comm for Optics (Taejon, Korea, Aug.,1996)-, SPIE2778, pp 814-815 [64] Nguyên Quang Bau, Chhoumm Navy (1997), ”Influence of Laser radiation (non-modulated and modulated) on the absorption of a weak electromagnetic wave by free electrons in semiconductor superlattices", VNU Journal of Science, Mathematics-Physics, (2), pp 26-31 [65] Norihiko Nishiguchi (1995),”Resonant acoustic-phonon modes in a quantum wire", Phys Rev B52(7), pp.5279-5288 [66] Norihiko Nishiguchi (1996), "Electron scattering due to conhned and extended acoustic phonons in a quantum wire", Phys Rev B54, pp 1494-1497 [67] Nunes o A c (1984), "Carrier-assisted laser pumping of optical phonons in semiconductors under strong magnetic fields", Phys Rev B29(10), pp.5679-5682 [68] Ozgaur u , Chang-Won Lee and Everitt H O.(2001),"Contron of coherent Acoustic phonons in semiconductor quantum wells", Phys Rev Lett., 86, pp 5604-5607 [69] Ploog K., Goaf K (1984), "Molecular beam epitaxy of III-V compounds", Springer-verlag, Berlin [70] Pokatikov E p., Formin V M (1976),"Multi-photon absorption by free charge carries in semiconductors", Phys Stat Sol B73, pp 553558 [71] Pavlovich V V and E M Epshtein (1977), "Quantum theory of absorption of electromagnetic wave by free carries in semiconductor superlattices",5ớu Phys Stat., 19, pp 1760-1764 [72] Peiji Zhao (1994), "Phonon amplilication by absorption of an intense laser field in a quantum well of polar material", Phys Rev B49, pp 13589-13599 [73] Peter Y Yu and Manuel Cardona (1999), "Fundamentals of Semiconductors: Physics and Materials Properties" Springer [74] Rucker H., Molinari E and Lugli p.(1992), "Microscopic calculation of the electron-phonon interaction in quantum wells", Phys Rev B45, pp 6747-6756 [75] Rynne T M and Spector H N.(1980),"Free carrier absorption in quantizing magnetic fields: Non-polar optical phonon scattering", Phys Chem Sol, 42, pp 121-123 [76] Rensink M E (1969), "Electron eigenstates in uniíorm magnetic íields", Am J Ph/ys., 37, pp 900 [77] Ryu J Y., Hu G Y and O’Connell R F.(1994), "Magnetophonon resonances of quantum wires in tilted magnetic fields", Phys Rev., B49(15), pp 10437-10443 [78] SegiYu, Kim K w., Stroscio M A., laírate G J and Arthur B (1994),"Electron-acoustic-phonon scattering rates in rectangular quantum wires", Phys Rev B50(3), pp 1733-1738 [79] SegiYu, Kim K w., Stroscio M A and laírate G J (1995),"Electron- acoustic-phonon scattering rate in cylindrical quantum wires", Phys Rev B51, pp 4695-4698 [80] SegiYu, Pevzner V B., Kim K w and Stroscio M A.(1998), "Electrophonon resonance in cylindrical quantum wires", Phys Rev B58(7), pp 3580-3583 [81] Suzuki A (1992), "Theory of hot-electron magnetophonon resonance in quasi-two-dimensional quantum-well structures", Phys Rev B45, pp 6731-6741 [82] Shmelev G M., Chaikovskii I A and Nguyên Quang Bau(1978), ”High írequency conduction in semiconductor superlattice", Sov Phys Tech Semicond., 12, pp 1932-1935 [83] Shmelev G M., Nguyên Quang Bau and Nguyên Hong Son (1981),”Parametric of the light by free carriers in the presence of the laser wave”, Sov Phys Tech Semicond., 15, pp 1160-1163 [84] Shmelev G M., Nguyên Quang Bau, Nguyên Hong Son (1981), ”Absorption of the light by free carriers in the presence of the laser wave”, Sov Phys Tech Semicond., 15, pp 1999-2004 [85] Shmelev G M., Nguyên Quang Bau (1978), ”High írequency conduction in semiconductor superlattices”, Sov Phys Tech Semicond., 12, pp 1932-1935 [86] Sang c L., Young B K, Doo c K., Jai Y R (1997),”Magnetophonon and electrophonon resonances in quantum wires" iPhys Rev B55, pp 6719-6722 [87] Sang c L., Young H Y, Dong s K, Hyung s A, Suck w K.(2003), "Optically Detected Longitudinal Magnetophonon Resonances in nInSb", J Korean Phys Sóc., 42, pp 386-390 [88] Sang c L., Young B K, Suck w K.(2004), "Antiresonant Behavior of Optically Detected Magnetophonon Resonances in Semiconductors", J Korean Phys Sóc., 45, pp 577-581 [89] Schmit-Rink s., Chemla D s., and Miller D A B (1989), "Linear and nonlinear optical properties in semiconductor quantum wells",Adu Phys., 38, pp 89-188 [90] Sholimal L.(1974), "Tunnel effects in semiconductors and applications", Moscow [91] Silin A p.(1985), " Semiconductor superlatices", Sov Phys Usp., 28, pp 972-993 [92] Shik A.Y and Challis L.J.(1993),"Electron-phonon energy relaxation in quasi-one-dimensional electron Systems in zero and quantizing magnetic lields ”, Phys Rev B47, pp 2082-2088 [93] Telang N and Bandyopadhyay s.(1993), "Eííects of a magnetic lield on electron-phonon scattering in quantum wires”, Phys Rev B48, pp 18002-18009 [94] Tsu R., and Esaki L (1971), ” Nonlinear optical response of conduction electrons in a superlattice”, Appl Phys Lett., 19, pp 246-249 [95] Tsu R., and Esaki L (1973), ”Tunneling in a fìnite superlattic”, Appl Phys Lett., 22, pp 562-564 [96] Troncini A L and Nunes o A C.(1986),”Theoi’y of the excitation and amplifìcation of longitudinal-optical phonons in degenerate semiconductors under an intense laser field”, Phys Rev B33(6), pp 41254128 [97] Tzoar N.(1970),” Parametric excitation of density wave in semiconductors by electromagnetic radiation”, IEEE trans.Electr.DevỉvesAI(3), pp 245-247 [98] Vasilopoulos p., Charbonneau M and Van Vliet c M (1987),”Linear and nonlinear electrical conduction in quasi-two-dimensional quantum wells”, Phys Rev B35, pp 1334-1344 [99] Vasilopoulos p (1986), ” Magnetophonon oscillations in quasi-two- dimensional quantum wells”, Phys Rev B33, pp 8587-8594 [100] Zakhleniuk N A., Bennett c R., Constantinou N c., Ridley B K and Babiker M (1996),”Theoi’y of optical-phonon limited hot-electron transport in quantum wires”, Phys Rev B54, pp 17838-17849 [101] Wang X F and Lei X L (1994), "Polar-optic phonons and highfìeld electron transport in cylindrical GaAs/AlAs quantum wires", Phys Rev B49(7), pp 4780-4789 [102] tiếng nga [103] tiếng nga [104] tiếng nga [105] Tiếng nga (22-navy) [106] Tiếng Nga (10-TCP) [107] Tiếng Nga (11-TCP) [108] Tiếng Nga (19-TCP) [109] Tiếng Nga (16-NVN) [110] Tiếng Nga (28-NVN) [111] Tiếng nga (19-NVN) [112] Tiếng nga (33-NVN) — Thank you for evaluating AnyBizSoft PDF Splitter — A watermark is added at the end of each output PDF file — To remove the watermark, you need to purchase the software from — http://www.anypdftools.com/buy/buy-pdf-splitter.html — — x 108 * 10 — - — - - — 5I — — - — - — - 45 50 — — 10 15 20 25 30 35 40 Hình 2.10: Sự phụ thuộc azz(!) vào tần số cyclotron !c từ trường Trường hợp n = 0; n' = 1;' = ' = ... cứu luận án — Luận án ý định đề cập đến tất cấu trúc hệ thấp chiều nói mà quan tâm nghiên cứu số hiệu ứng động âm- điện tử cấu trúc hố lượng tử (hệ điện tử chuẩn hai chiều) clây lượng tử (hệ điện. .. cứu hiệu ứng vật lý hệ hai chiều( 2D) hệ chiều( lD) — Hệ hai chiều lớp vật liệu mỏng, mạng tinh thể xem hai chiều chiều thứ ba bị giới hạn Trong chiều bị giới hạn, hiệu ứng lượng tử xuất Chuyển động. .. — Hệ vật liệu thấp chiều cấu trúc hoàn toàn mới, khác hẳn với vật liệu trước chia hệ thấp chiều làm ba loại: hệ hai chiều( 2D), hệ chiều( lD) hệ không chiều( OD) Trong luận án tập trung nhiều vào