Введение к работе
Актуальность темы. С начала 80-х годов интенсивно проводится исследование твердотельных электронных систем с энергетическим спектром пониженной размерности. Первоначально, в основном исследовались объекты с двумерным C2D) электронным газом, на которых был обнаружен квантовый эффект Холла СКЭХ) tl*]. Совершенствование технологии приготовления гетеропереходов GaAs/AlGaAs с 2D электронным газом и развитие методов субмикронной литографии и "сухого" плазменного травления привели в последнее время к создании структур с субмикронными проводящими каналами, в которых был обнаружен квазиодномерный Сквази-ID) электронный энергетический спектр. Основные трудности их приготовления связаны с форьсированиви однородных проводящих каналов эффективная ширина которых составляет несколько фермиевских длин волн осЗычно она. порядка 0 1 косы а. линейная коніїбнтраїїия электронов в канале ~107 см . Подвижность носителей заряда и в КІТ должна оставаться достаточно
ВЫСОКОЙ ЧТОЙЫ О^бСТТбЧИТЬ ПТЗОЯВЛ6НИ6 ЯИСКПбТНОСТИ ЭНбОГбТИЧбСКОГО
gtjgktthi т к у з рэктрр HQ6 гэясстояние мбхлу Ближайшими ID подзонами *vl
u*aZ3 ТТпИ TVS TTVtfbUfbUt ТО UTTO П Д *Т* УТ)С1 эГГ^ЇГТППР'Я WW *ЭЯПП.ГГТ7^НЬГ TdlTT^JCCi И^^*ЇСЛ ІТТ^ЇСП
нижних ID подзон Ctdvktvtx* КП ігоедставляют собой уникальный физичес-
If ц/| /4/^4.)VT1 fuT*ft TiTOOTTf} ТТОТ>*1 ТТТТО 1ТаТТО ТЛСГТТ WfltlfJV Г^СЭУТТТчТ ЗИГОТІ /То TTf* ТТ **> T>TTf*lT10
\fM7*T*^V ЛпіІЗІҐЛ »<м| АЛТ>ПЛСа ТГО /^/ЧтТЭ С^'Т'Т- ТТТЧй VPTJf TTQ/^tf TJ ТЮ *ЭаТ+Г*\^TJin^O я у-— ,,
trtrft тїлоттіулллтї»«й Э1Ч лИїлт^л Мллпоплтї4итгa tjtv /"чтч^тттжіґа і/л^лт ттопч» тіло/К —
ходимую информацию о 2D тензоре магнитопроводимости atJ неоднородной
субмикронной системы и его частотной зависимости.
Цель работы заключалась в разработке технологии приготовления и исследовании в радио-диапазоне, в сильных магнитных полях динамики структур КП.
Основные задачи, поставленные и решенные в диссертации:
-разработка технологии приготовления на основе гетеропереходов GaAs/AlGaAs с высокоподвижным 2D электронным газом множественных субмикронных полосковых структур СПС} с квази-lD электронным энергетическим спектром.
-экспериментальное исследование динамического отклика ПС в диапазоне частот С1...5003 МГц, в магнитных полях до 13 Т, при температурах С1.5. ..4.2) К.
Научная новизна и практическая значимость работы состоит в том, что в ней был разработан метод приготовления субмикронных ПС с квази-lD электронным энергетическим спектром, представляющих интерес для микроэлектроники, и были впервые исследованы обнаруженные в радиодиапазоне, в сильных квантующих магнитных полях КМП-подобные возбуждения, которые дают возможность получения информации о внутренних свойствах субмикронной неоднородной 2D системы.
Основные положения, выносимые на защиту, заключаются в следующем.
1. Разработана технология и приготовлены GaAs/AlGaAs структуры с
множественными квантовыми проволоками общей плошадью ~10 юг, в
которых наблюдается проявление квази-lD электронного энергетического
спектра, параметры которого определили.
2. Впервые, в КП были обнаружены и исследованы плазменные
резонансы в радио-диапазоне, наблюдаемые в сильном магнитном поле
вблизи целых значений фактора заполнения уровней Ландау Cv=2 и v=4},
которые связываются с КШ-подобными возбуждениями. Установлено, что
собственные затухания возбуждений возрастают при удалении от цело
численного значения фактора v и (или) повышении температуры, а
собственные частоты возбуждений падают при уменьшении значения цело-
численного фактора v. r
3. Установлен при сравнении результатов измерений с расчетом^
критерий сильных магнитных полей, в которых, во внешнем однородном
электрическом поле в системе КП наблюдаются КМП-подобяые возбуждения:
\а /Re(a )|>(L/U<5tt))1/2, здесь а - 2D тензор магнитопроводимости, а
* Ху ч XX' v- ' ' " г г "
L и W=W+C8/2-T)»Re(LECup3) - длина проволок, и их электрическая" ширина CL i22шг /ое - 2D динамическая длина). Т.е. недиагональность тензора магнитопроводимости должна превышать характерный параметр анизотропии системы, а сравнение с результатами измерений вблизи v=2 дает значение "электрической" ширины в виде: Ъ0 мкм. Таким образом, W«*. что объясняет относительно низкие собственные частоты возбуждений, которые дают более прямую информацию о внутренних свойствах системы по сравне-нию с обычными 2D системами.
mi^w, причем неравенству отвечает соотношение: 1р^^1Чу. Т.е. критерий отличается от случая обычной 2D системы, где сравнение нужно проводить с собственными размерами системы в плоскости 2D слоя.
5. Экспериментально установлено собственное "вращение" электрического заряда низкочастотных возбуждений в системе КП, а сравнение результатов измерений с расчетом дает собственное внутрипроволочное электрическое поле КМП-подобного возбуждения в виде эллиптически поляризованного в плоскости 2D слоя с отношением длин осей эллипса много меньше единицы: |еу/ех h(M/L) «1. Здесь еу и ех - амплитуды колебаний продольной и поперечной компонент поля, a 5=W/Ps, где Ps -геометрийеский периои ПС. Сравнение с незультатама измерений еблиз-у=2 дает параметр эллиптичности собственного электрического полв возбуждения п виде: |еу/ех1-0.03. Сильная эллиптичность гобственвого
4. При сравнении результатов измерений с расчетом установлен для
системы КП критерий наблюдения во внешнем однородном электрическом
поле слабозатухаюших КМП-подобных возбуждений - мнимая часть динами
ческой длины должна быть много меньше "электрической" ширины КП:
Im(L„)«W, причем неравенству отвечает соотношение: f "у -J?/Ini(LE).
внутрипроволочного электрического поля связывается со спаданием компонент поля при удалении от плоскости 2D слоя на разных характерных длинах: L и V CW«L).
-
Экспериментально обнаружены в системе КП и исследованы низкодобротные резонансы, наблюдаемые вне окрестностей и=2;4, которые связывается с растеканием неравновесного распределения 2D заряда, возбуждаемого Холловскими токами, а расчет дает их декременты затухания, согласующиеся с результатами измерений, в виде-. r? ~ l/Cpxx«L) Сдля продольного распределения зарядов) и Ур ~ оп^ (для поперечного распределения) , а критерий наблюдения растекания заряда в системе КП, помещенной во внешнее однородное электрическое поле, расчет дает в виде неравенства: \а%у/ахх |
1/2, обратного к определяющему возможность наблюдения плазмонов. -
Обнаружен в КП при измерении электродами специальной формы двухчастотный отклик, который связывается с двумя модами КМП-подобных возбуждений, а из сравнения с расчетом делается заключение, что меньшая добротность, более низкочастотного резонанса по сравнению с добротностью другого, обусловлена большим значением параметра анизотропии возбуждения в случав основной моды КМП-подобного возбуждения по сравнению со значением параметра в случае другой, более высокой моды, а указанные величины расчет дает в виде: [cL/2)/C4<5»)J1/2 и &,/С45Я))1/2.
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы докладывались на The 9t' Internetional Conference on The Application of High Magnetic Fields in Semiconductor Physics CTokyo, Japan, 1992), The 10th International conference on electronic properties of tvro-dimensional systems (USA, New York, 1993), a также на семинарах в Институте физики твердого тела им. Макса Плавка СШтутгард, ФРГ), Лаборатории магниторезонансных явленийЧАтомный центр в Сакле, Фракция), ИРЕ РАН и Лаборатории физики
7 низких температур РНЦ "Курчатовский институт".
ПуЬликации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Диссертация состоит из Введения, трех Глав, Заключения и списка литературы.