Температурные зависимости параметров вольт-амперной характеристики резонансно-туннельного диода
Контрольная работа - Компьютеры, программирование
Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование
Пау для измерения подвижности электронов и представляется возможным определить их концетрацию при помощи эффекта Холла и Шубникова-де Гааза.
Рис. 2 - Схематическое изображение образца из работы
Аналогичные три образца были использованы в статье [7] (ширины барьеров AlxGa1-xAs различаются в диапазоне от 175 до 340 и 0.1 < x < 0.33). Эта статья посвящена влиянию электрон-электронного (e-e) и электрон-фононного (e-ph) рассеяний на ширину резонансного пика. Измерения были проведены методом туннельной спектроскопии при четырех температурах в диапазоне от T = 110.7 K до 10 K. Поскольку при 2D-2D туннелировании, а здесь рассматривается именно оно, сохраняется компонента импульса, параллельная барьеру, то туннельная проводимость должна обращаться в нуль при всех напряжениях, кроме тех, при которых уровни квантования в ямах выравниваются. Авторы этой работы считают, что в данном случае e-e рассеяние вносит доминирующий вклад в уширение пика.
Рис. 3 - Зависимость туннельной проводимости от напряжения при разных температурах
На рис. 3 приведена зависимость dI/dV от V для образца с одной и той же концентрацией электронов в обеих ямах (Ns = 1.610^11 см-2). Из графика видно, что при увеличении температуры пик уширяется и понижается, а значит, время жизни электронов уменьшается из-за e-e рассеяния в каждой яме. Во вставке рис.4 представлен график функции F(V)=I/V, которая получена из данных dI/dV численным интегрированием. С этой функцией удобнее работать, поскольку при сохранении импульса F(V) является сверткой спектральной функции A(E,k) 2D-электронов (спектральная функция A(E,k) дает вероятность того, что электрон с волновым вектором k имеет энергию E, и обладает сильным пиком при энергии (h2 k2 /2m)). В основной части рисунка приведена температурная зависимость ширины Г кривой F(V) для трех образцов. Образцы А и В имеют почти равные концентрации 2D-электронов в ямах ( Ns = 1.610^11 см-2 у образца А и Ns = 1.510^11 см-2 у В ), но разное значение Г (Т=0) (так называемое количество статического беспорядка). Образец С имеет меньшую плотность (Ns = 0.810^11 см-2), но такое же количество статического беспорядка, что и образец В. Факт, что при температуре ниже T= 2 K кривая Г почти не зависит от T, является свидетельством того, что неупругие процессы становятся пренебрежительно малыми. В этом режиме ширина резонансной кривой чувствительна к плотности неоднородностей и рассеянию на статическом неупорядоченном потенциале (например, на Si-донорах). При температуре T > 2 K величина Г растет квадратично с температурой. Причем видно, что Г увеличивается с уменьшением концентрации Ns, следовательно, температурная часть Г зависит от плотности 2D электронов, а не от беспорядка. А это в свою очередь предполагает неэластичные процессы, такие, как e-e и e-ph (акустические фононы) рассеяния. Но вклад e-ph рассеяния можно считать малым, так как при туннелировании с участием фононов с ростом температуры пик туннельной проводимости увеличивался бы.
Рис. 4 - Зависимость ширины Г кривой F(V) от температуры из работы
По получению вольт-амперных характеристик РТД к настоящему времени проведено много работ, в том числе работы по изучению зависимости ВАХ от температуры.
В работе [8] были исследованы ВАХ в диапазоне температур 10-200 К. В качестве образца исследования выступали РТД дырочного типа на основе гетероструктуры Si0.6Ge0.4/Si(1 0 0), изготовленные методом химического парофазного осаждения при пониженном давлении (LPCVD). Толщина Si0.6Ge0.4-квантовой ямы, Si-барьеров и Si0.6Ge0.4-спейсерных слоев -7, 4 и 15 нм соответственно. На рис.5 представлены полученные зависимости ВАХ.
Рис. 5 - ВАХ при T=10-200 К
Из экспериментальных ВАХ были получены температурные зависимости следующих параметров РТД в прямом и обратном направлении: напряжения смещения пика (рис.2а), тока пика (рис.2b), тока долины (рис.2c), отношения ток пика/ток долины (рис. 2d), разности тока пика-тока долины (рис. 2e).
Рис. 6 - Температурные зависимости параметров РТД
Напряжении смещения пика постепенно уменьшается с увеличением температуры, а при Т=110-120 К наблюдается резкий спад напряжения, минимальное значение Vpeak=8 mV при T=200 K. Причиной подобного скачка авторы назвали возможные изменения в процессе туннелирования, связанные с уменьшением энергии резонансного уровня тяжелых дырок в квантовой яме вследствие увеличения величины их эффективной массы. Зависимости токов пика и долины от температуры имеют немонотонный характер: увеличение до максимального значения при Т=30-70 К, а далее-резкий спад в том же температурном диапазоне Т=100-120 К, в котором наблюдался и спад напряжения смещения пика. Температурные зависимости (Ipeak/Ivalley) и (Ipeak-Ivalley) слабо изменяются при низких температурах, а по достижении области спада напряжения смещения пика терпят резкий скачок до максимума. При дальнейшем увеличении температуры отношение тока пика к току долины уменьшается. Такой характер зависимости, по мнению авторов статьи, связано с тем, что рост туннельного тока происходит медленнее, чем рост фонового тока, возникновение которого связано с наличием примесей и других факторов.
В статье [9] проведены измерения зависимости ВАХ от температуры. В качестве образца использовалась трехбарьерная РТС InGaAs/InAlAs, выращенная на подложке InP(001) методом молекулярной лучевой эпитаксии (MBE). Толщина первой и второй InGaAs-квантовых ям- 6.8 и 5 нм соответственно, верхнего InAlAs-барьера-1,9нм, среднего-3,1 нм, нижнего-1,9. В качестве спейсерных слоев выступали слои из InGaAs толщиной 5,6 нм, к?/p>