Hochbewegliche zweidimensionale Lochsysteme in GaAs/AlGaAs



Yüklə 5,01 Kb.
Pdf görüntüsü
səhifə1/51
tarix05.02.2018
ölçüsü5,01 Kb.
#25293
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   51


Hochbewegliche zweidimensionale
Lochsysteme in GaAs/AlGaAs
Heterostrukturen
Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades der Naturwissenschaften
(Dr. rer. nat.)
der Naturwissenschaftlichen Fakultät II - Physik
der Universität Regensburg
vorgelegt von
Christian Gerl
aus
Vilshofen an der Donau
Januar 2009


Promotionsgesuch eingereicht am: 21. Januar 2009
Die Arbeit wurde angeleitet von: Prof. Dr. Werner Wegscheider
Prüfungsausschuss:
Vorsitzender: Prof. Dr. Klaus Richter
Erstgutachter: Prof. Dr. Werner Wegscheider
Zweitgutachter: Prof. Dr. Dieter Weiss
Weiterer Prüfer: Prof. Dr. Christian Back
Datum des Promotionskolloquiums: 14. Oktober 2009


Inhaltsverzeichnis
1
Einleitung
3
2
Theoretische Grundlagen
10
2.1
Landungstransport in 2D-Halbleitersystemen . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2
Magnetotransport in 2D-Halbleitersystemen . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3
Streumechanismen
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4
Spin-Bahn Kopplungseffekte in GaAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.5
Effektive Masse und Streuzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3
Experimentelle Methoden und Aufbauten
33
3.1
Molekularstrahlepitaxie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2
Prozessierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3
Messaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.4
Auswertung von Magnetotransport-Daten
. . . . . . . . . . . . . . . 52
4
Wachstum hochbeweglicher 2DHG Strukturen
59
4.1
Bandstruktur-Optimierung am Beispiel dsd-QWs
. . . . . . . . . . . 60
4.2
Einfluss von Wachstumsparametern am Beispiel einseitig dotierter
Quantum Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.3
Wachstum und Charakterisierung von 2DHGs in der (110)-orientierten
Kristallebene
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5
Gate-Effekte in kohlenstoffdotierten 2DHGs
88
5.1
Hysterese-Effekt in 2DHGs mit Gate-Elektrode
. . . . . . . . . . . . 89
5.2
Spin-Bahn Kopplung in 2DHGs mit Gates . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.3
Mobilitäts-limitierende Streuprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6
T-abhängige Magntotransportuntersuchungen an (110) 2DHG
100
6.1
Magnetotransport-Charakterisierung
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.2
Effektive Massen m

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
6.3
Streuzeiten
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
1


2
Inhaltsverzeichnis
6.4
Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
7
Zusammenfassung und Ausblick
123


Kapitel 1
Einleitung
Wir Physiker sind ja im Allgemeinen und meist auch im ganz Besonderen durch-
aus recht ehrbare Leute und die wenigsten sollten sich rühmen dürfen, als kleines
Kind besonders viele Fensterscheiben mit Fußbällen eingeschossen zu haben. Uns
Physiker ist jedoch oft diese seltsame Neigung zu eigen, sich um Dinge einen Kopf
zu machen, die seit Menschengedenken nur die im Himmel Wohnenden etwas ange-
hen sollten. Wenn also, so fragt der Kopf, ein Fußball so groß wäre wie der Planet
auf dem wir wohnen, also um den Faktor 10
8
größer wirft der geplagte Verstand
ein, und auch die Fensterscheibe die entsprechende Größe hätte, was würde dann
passieren? Das Bersten der Fensterscheibe würde auf jeden Fall in völliger Stille für
den Beobachter von statten gehen. Bedingt durch die enorme Größe der zur Durch-
führung des Experiments nötigen Utensilien, könnte dieses nur im luftleeren Raum
des Weltalls ausgeführt werden, sofern sich ein wagemutiger Nachwuchsstürmer mit
entsprechender Kraft im Bein finden lässt. In dieser Umgebung fehlt dem Schall
aber jegliches Medium um sich ausbreiten zu können -ohne Schall kein Krach und
ohne Krach könnte es dem Schützen unter Umständen vielleicht sogar gelingen, sich
in aller Heimlichkeit davon zu schleichen.
Der Kopf scheint mit dieser Antwort befriedigt und wendet sich anderweitigen Pro-
blemen zu. Ja, was wäre aber, wenn der Fußball nun vielleicht so klein wäre wie
ein Atom, also winzig, so um den Faktor 10
8
geschrumpft und die Fensterscheibe
auch? Dann, ja dann könnte es passieren, dass der Fußball durch die Scheibe fliegt,
ohne dass diese überhaupt bricht. Aber nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit.
Man müsste das Experiment also mehrmals durchführen. Manchmal sollte der Ball
auch einfach zurückkommen, ohne die Fensterscheibe in Mitleidenschaft zu ziehen.
Physiker nennen diesen Vorgang Tunneleffekt, ein im Übrigen rein statistisches Phä-
nomen aus der Theorie der Quantenmechanik. Wir fahren fort uns Gedanken über
einen geeigneten experimentellen Aufbau zu machen, der diese Theorie bestätigen
oder zumindest einen kleinen Hinweis auf deren Richtigkeit geben könnte. Wie aus
Abbildung 1.1 ersichtlich, gelang es Forschern der Universität Regensburg bereits,
3


4
Kapitel 1. Einleitung
Abbildung 1.1: Ein mittels Elektronenstrahllithographie und reaktivem Plasamätzen
nanostrukturiertes Fussballfeld auf GaAs. Die Feldgröße beträgt 1000nm × 700nm. Die
Probe wurde von K. Wagner an der Uni Regensburg in der AG Weiss hergestellt [1].
Fussballfelder geeigneter Größe aus GaAs herzustellen [1]. Leider ist es bis heute
führenden Sportartikelhersteller nicht gelungen, Fußbälle entsprechender Größe auf
den Markt zu bringen. Bemühungen zur Bereitstellung hinreichend kleiner Fens-
terscheiben sind von Seiten bekannter Glasproduzenten ebenso wenig zu erkennen.
Weshalb wir nach alternativen Mitteln suchen müssen, die Eigenschaften der ganz
kleinen Dinge für einen Experimentator beobachtbar zu machen, für einen Bereich
in welchem die Gesetze der klassischen Physik nicht mehr ausreichen und in dem zur
Deutung Betrachtungsweisen der Quantenmechanik herangezogen werden müssen.
Die grundlegenden Konzepte zur Quantenmechanik wurden zwischen 1925 und 1935
von Physikern wie Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born, Pascual Jor-
dan, Wolfgang Pauli, Niels Bohr, Paul Dirac und John von Neumann erarbeitet. Die
Konzepte der Quantenmechanik ersetzen die Regeln der klassischen Physik nicht,
sondern schließen sie als Grenzfall räumlich ausgedehnter, dem alltäglichen Erleben
zugänglicher Zusammenhänge ein. Die Quantenmechanik ist eine der Hauptsäulen
der modernen Physik und bildet die Grundlage für viele ihrer Teilgebiete, wie z.B. die
Atomphysik, die Kern- und Elementarteilchen- sowie die Festkörperphysik. In allen
Teilgebieten stoßen Experimentatoren auf technische Schwierigkeiten, Quantensys-
teme über einen hinreichend langen Zeitraum von ihrer Umgebung so zu isolieren,
dass Quantenphänomene frei von äußeren Störungen observiert werden können. Um
diesem Umstand entgegen zu wirken, versucht man Experimente so zu planen, dass
ein noch unverstandenes, zu untersuchendes System in eine Umgebung eingebettet
wird, deren störender Einfluss wohl bekannt und mathematisch beschreibbar ist.
Gerade die Halbleiterphysik, ein Teilgebiet der Physik kondensierter Materie, bie-
tet hervorragende technische Möglichkeiten zur Herstellung von maßgeschneider-
ten Quantensystemen in einer solchen, gut verstandenen Umgebung. Die Einbet-


Yüklə 5,01 Kb.

Dostları ilə paylaş:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   51




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə