Главная » 2014»Август»8 » Скачать Теоретическое исследование электронных свойств низкоразмерных систем в полупроводниках. Васильченко, Александр Анатольевич бесплатно
7:59 AM
Скачать Теоретическое исследование электронных свойств низкоразмерных систем в полупроводниках. Васильченко, Александр Анатольевич бесплатно
Теоретическое исследование электронных свойств низкоразмерных систем в полупроводниках
Диссертация
Автор: Васильченко, Александр Анатольевич
Название: Теоретическое исследование электронных свойств низкоразмерных систем в полупроводниках
Справка: Васильченко, Александр Анатольевич. Теоретическое исследование электронных свойств низкоразмерных систем в полупроводниках : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.07 Краснодар, 2004 81 c. : 61 04-1/1368
Объем: 81 стр.
Информация: Краснодар, 2004
Содержание:
ГЛАВА 1 ОСНОВЫ ТЕОРИИ ФУНКЦИОНАЛА ПЛОТНОСТИ
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СВОЙСТВ КВАЗИДВУМЕРНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ГАЗА И КВАЗИДВУМЕРНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ДЦРОЧНОЙ ПЛАЗМЫ НА ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ
21 Изучение эффекта переэк]ранировки внешнего электрического поля обогащенньлм слоем на поверхности кремния
22 Расчеты основного электронно-дырочной плазмы состояния квазидвумернои
23 Квазидвумерная электронно магнитном поле: квантованкю ления и осцилляции люминесценции дырочная плазма в холловского сопротив
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ С1ЮЙСТВ ДВУМЕРНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В СИЛЬНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
31 Экранирование точечного электронами в сильном заряда двумерными ivkarHHTHOM поле
32 Электронная структура 1:вантовой точки в магнитном поле
Введение:
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Диссертация посвящена самосогласованным расчетам электронной структуры низкоразмерных систем в полупроводниках. Можно указать по крайней мере три причины, делающих это направление исследований особенно актуальным.1. Одна из основных задач физики твердого тела - установление взаимосвязи между свойствами кристаллов и взаимодействующим электронным газом. Исследование низкоразмерных систем с сильновзаимодействующим электронным газом открывает новые перспективы для изучения других разделов физики. Таким образом, решаемые в диссертации задачи актуальны с точки зрения физики твердого тела.2. Применение несамосогласованных моделей часто приводит к существенным противоречиям с опытом. Поэтому при попытках интерпретации экспериментов используются искусственные модели и трудноконтролируемые предположения. В этих условиях проведение самосогласованных расчетов представляет естественный интерес для объяснения экспериментальных данных и предсказания новых явлений.3. Исследование в физике низкоразмерных стрз^ сгур главным образом ведутся для разработки новых приборов для оптоэлектроники. Знание физических процессов, происходящих в низкоразмерных структурах, дает возможность моделировать и разрабатывать новые уникальные приборы.ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Теоретическое исследование влияния многочастичного взаимодействия на электронные свойства двумерных, одномерных и нульмерных систем в полупроводниках. Поставленная цель достигается решением следующих задач: о Исследование электронных свойств обогащенного слоя на поверхности кремния.О Исследование свойств квазидвумерной электронно-дырочной плазмы как при наличии магнитного поля так и без него.О Исследование и анализ экранирования заряженной примеси двумерными электронами в сильном магнитном поле.О Исследование электронной структуры двумерных квантовых точек в магнитном поле.НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.
1. В рамках теории функционала плотности разработана эффективная схема самосогласованного расчета электронных свойств низкоразмерных систем.2. Найдены условия, при которых возможна переэкранировка внешнего электрического поля в обогащенном слое на поверхности кремния.3. Найдены условия сз^ествования квазидвзпмерной электроннодырочной плазмы (2МЭДП) на поверхности полупроводников.Предсказаны два типа неустойчивости 2МЭДП.
4. Показана возможность квантования холловского сопротивления в 2МЭДП, как в первом слое, так и во втором слое носителей.5. Самосогласованно рассчитаны профили электронной плотности при экранировании заряженной примеси двумерными электронами. Найдено универсальное для всех полупроводников соотношение, при котором происходит переход металлдиэлектрик при факторе заполнения v=l.6. Для квантовой точки в сильном магнитом поле найдена новая серия магических чисел.ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ: 1. Уточненные условия переэкранировки в обогащенном слое на различных поверхностях кремния.2. Эффект возникновения двух типов неустойчивости в квазидвумерной электронно-дырочной плазме.3. Явление квантования холловского сопротивления во втором слое носителей и осцилляции фотолюминесценции в 2МЭДП.
4. Результаты самосогласованных расчетов потенциалов и распределения электронной плотности при экранировании примеси двумерными электронами.5. Универсальное для всех полупроводников соотношение, при котором происходит переход металл-диэлектрик в двумерном электронном газе в сильном магнитном поле.6. Возможность возникновения новой серии магических чисел для квантовой точки в сильном магнитном поле.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.
1. Были сделаны заключения по использованию изученных эффектов для прикладных целей в области оптоэлектроники для разработки модулированных по времени источников света на структурах с обогащенным слоем носителей.2. Проведенные самосогласованные вычисления характеристик 2МЭДП окажутся полезными для моделирования и создания лазеров на квантовых ямах.3. Изучение электронной структуры квантовых точек позволяет моделировать процессы, протекающие в таких полупроводниковых устройствах, как лазеры и транзисторы на квантовых точках.Квазидвумерный электронный газ может образоваться в структ>рах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), в модулировано-легированных гетерострзпктурах (ГС), в органических материалах, в высокотемпературных сверхпроводниках и других сложных соединениях.В физике низкоразмерных структур открыто множество явлений, представляющих интерес как с фундаментальной, так и с практической точек зрения.Исследование в этой области главным образом ведутся для разработки новых приборов для оптоэлектроники, таких как ползшроводниковые лазеры, оптические модуляторы и быстрые фотодетекторы. Знание физических процессов, происходящих в низко-размерных структурах, даст возможность моделировать и разрабатывать новые уникальные приборы. В настоящее время на полупроводниковых структурах созданы перестраиваемые лазеры на квантовых ямах, модуляторы в видимом диапазоне, фотодетекторы, высокомощные лазеры на квантовых ямах, лазеры на квантовых точках и проволоках.В 1980 году был обнаружен целочисленный квантовый эффект Холла (КЭХ) [1]. Это явление проявляется в исчезновении параллельной компонент сопротивления р^ и в наличии плато на холловском сопротивлении р„=—у (i- целое число). Холловское ie сопротивление квантуется с точностью до 10"^ , что позволило создать эталон сопротивления. В квазидвумерных структурах был обнаружен также эффект дробного квантования холловского сопротивления [2].Кроме этого были обнаружены кристаллические фазы квазидвумерных электронов [3,4] в сильных магнитных полях.В настоящей работе рассматриваются эти и новые явления, которые возникают в низкоразмерных структурах как в присутствии сильного магнитного поля, так и без магнитного поля. в главе 1 изложены основы теории функционала плотности (ТФП) и приведен краткий обзор его применения для расчета свойств низкоразмерных структур в полупроводниках.В главе 2 исследуется электронная структзфа квазидвумерного электронного газа и квазидвумерной электронно-дырочной плазмы (2МЭДП). Найдены условия при которых в обогащенном слое возможен немонотонный ход потенциала. Самосогласованно вычислены профили плотности электронов и потенциалы (как полный, так и электростатический). Впервые в рамках метода функционала плотности изучаются свойства квазидвумерной электронно-дырочной плазмы. Найдены условия, при которых 2МЭДП возникает на различных поверхностях кремния. Впервые показано, что в 2МЭДП возможна бистабильность и разбиение 2МЭДП на капли.В главе 2 также исследуется 2МЭДП в магнитном поле. Показано, что интенсивность люминесценции осциллирует с изменением напряженности магнитного поля. Найдено, что концентрация носителей в первом слое прямо пропорциональна напряженности магнитного поля вблизи целочисленных факторов заполнения уровня Ландау. Таким образом, возможно квантование холловской проводимости в подобных системах. Кроме этого показана возможность квантования холловской проводимости во втором слое носителей. Отметим, что без подсветки в узкозонных полупроводниках или в полупроводниках с широкой щелью, но при высокой концентрации примесей вблизи поверхности полупроводника, предложенная модель также может приводить к квантованию холловской проводимости.В главе 3 решается задача, связанная экранированием точечного заряда двумерными электронами в магнитном поле. Изз^ено влияние обменного взаимодействия на электронную стрз^оуру двумерного электронного газа. Учет обменного взаимодействия приводит к новым явлениям, которые даже качественно не возникают в других теориях. Показано, что при определенных условиях на положительно заряженной примеси могут локализоваться два электрона, причем их волновые функции не перекрываются с другими электронами. Этот эффект влияет на магнитопроводимость двумерных электронов и в квантовых точках. Отметим, что одна из наиболее популярных теорий квантования холловского сопротивления [5,6] основана на том, что большинство (более 95%) состояний на уровнях Ландау являются локализованными. Однако, расчеты, представленные в главе 3, показывают, что локализация большей части электронов возможна только при низких плотностях двумерного электронного газа и (или) высоких плотностях примесей.В главе 3 также исследуется электронная структура квантовых точек в сильном магнитном поле. Найдена новая серия магических чисел. Показано, что в сильных магнитных полях возможна вигнеровская кристаллизация. В случае бесконечной системы возможно образование нового состояния: часть электронов локализована в узлах кристаллической решетки, а другая часть электронов делокализована ("протяженные" состояние), причем при факторе заполнения v= l/qr, (q-целое число) все электроны находятся в узлах кристаллической решетке и таким образом в электроном спектре возникает щель. Аналогичная ситуация может возникнуть и в точках v = p/q, где р-целое число, но не очень большое.
