Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Теоретическое исследование зонной структуры и оптических и кинетических свойств квазиодномерных электронных систем Агасян, Мгер Мартиросович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Агасян, Мгер Мартиросович. Теоретическое исследование зонной структуры и оптических и кинетических свойств квазиодномерных электронных систем : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 01.04.10.- Ереван, 2000.- 20 с.: ил.

Введение к работе

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Современное состояние физики полупроводниковых низкоразмерных электронных систем характеризуется уникальным сочетанием фундаментальных научных исследований в области теории и научного эксперимента, новых технологий для создания различных полупроводниковых гетероструктур с точностью, сравнимой с атомными размерами и непосредственным применением таких структур в разнообразных функциональных устройствах и приборах современной микро- и наноэлектроники.

Исследования в области физики низкоразмерных систем обеспечили существенные достижения в решении важнейшей проблемы физики твердого тела и физики полупроводников, а именно: создание веществ с заданными физическими свойствами.

Возможность управления зонной структурой полупроводника посредством изменения геометрических размеров образца в одном, двух и трех направлениях - явление размерного квантования - предоставляет широкие возможности для создания систем с физическими характеристиками, отсутствующими у массивных образцов одних и тех же полупроводниковых веществ. Сочетание размерного квантования со внешними факторами воздействия на систему, в первую очередь, внешнего магнитного поля и обусловленного им магнитного квантования, позволяет управлять самой размерностью системы в процессе функционирования данной наноструктуры.

Исследования свойств двумерных (2D) электронных систем вскоре привели к открытию новых физических особенностей этих систем, таких как ступенчатый характер коэффициента оптического поглощения, сильный экситонный резонанс, наблюдаемый даже при комнатных температурах, большая оптическая нелинейность, квантово-размерный эффект Штарка [1].

Эти открытия привели к созданию различных новых оптических приборов: лазеров на квантовых ямах, высокоскоростных оптических модуляторов, оптических переключателей, оптических бистабильных приборов и т.д. [2,3].

Сегодня можно констатировать, что лазеры и модуляторы на квантовых ямах стали наиболее удобными и широко применяемыми приборами в оптических системах передачи и хранения информации.

После теоретических работ [4] и [5] были развернуты интенсивные теоретические и экспериментальные исследования одномерных (ID) электронных систем. Созданные на основе полупроводниковых гетероструктур с ID электронным газом различные приборы многими показателями превосходят свои 20-аналоги [6].

Интенсивные исследования систем с трехмерным квантованием-квантовых точек, были развернуты после открытия явления самоорганизации в полупроводниковых системах [6]. Были реализованы идеальные гетероструктуры с квантовыми точками с высоким квантовым выходом излучательной рекомбинации и высокой однородностью по размерам [6]. Уже созданы инжекционные лазеры на квантовых точках, которые демонстрируют низкие значения пороговой плотности тока и рекордную температурную стабильность при низких температурах [7].

В настоящее время, после трех десятилетий исследования двумерных электронных систем, мы входим в мир одно- и нульмерной физики и приборов.

1. Теоретическое исследование зонной структуры полупроводниковой проволоки круглого сечения с покрытием из полупроводника с большей, чем у вещества проволоки шириной запрещенной зоны, в рамках модели ступенчатой бесконечно глубокой потенциальной ямы-СБЯ.

  1. Изучение примесных состояний в полупроводниковой проволоке с покрытием как при отсутствии, так и при наличии магнитного поля, направленного вдоль оси проволоки.

  2. Изучение поглощения монохроматического излучения в размерно квантованной полупроводниковой проволоке с покрытием, с учетом сложной зонной структуры ее валентной зоны.

  3. Исследование электрон-фононного рассеяния в квантовых проволоках с произвольной формой поперечного сечения при взаимодействии электронов с деформационными, пьезоэлектрическими акустическими и полярными оптическими объемными фононами.

  1. Представлена новая теоретическая модель для описания кванто-вомеханических состояний носителей заряда в СБЯ. Выявлена зависимость квантовых уровней энергии от характеристик системы: радиуса проволоки, толщины покрывающего слоя, концентрации сплава, значений эффективных масс носителей заряда, а также от величины направленного вдоль оси проволоки магнитного поля. Найдены аналитические выражения для волновых функций носителей.

  2. Впервые решена задача об определении энергии связи примесного центра в рамках модели СБЯ. Получено общее аналитическое выражение для энергии связи, учитывающее как наличие пространственной ограниченности системы, так и ее диэлектрическую неоднородность. Задача решена также при наличии магнитного поля, направленного вдоль оси системы. Выявлено существенное влияние диэлектрической постоянной окружающей проволоку с покрытием среды на энергию связи примесного центра.

  3. Проведен расчет энергетических подзон валентной зоны предложенной модельной системы. В рамках метода эффективного гамильтониана Кейна записана система диффернциальных уравнений для компонент волновых функций. Выведены законы дисперсии для легких

и тяжелых дырок, с учетом различия эффективных масс в проволоке и в покрытии, и явные аналитические выражения для компонент волновых функций.

  1. Впервые исследовано оптическое поглощение в проволоке с покрытием с учетом конкретной зонной структуры как зоны проводимости, так и валентной зоны. Найдено аналитическое выражение для коэффициента поглощения для межзонных разрешенных переходов и на его основе идентифицированы оптические переходы между различными энергетическими состояниями. Обнаружены межзонные оптические переходы, запрещенные в случае проволоки без покрытия в неограниченной среде. Показано, что поглощение в проволоке с покрытием существенно зависит от поляризации падающего на систему излучения, что указывает на сильное перемешивание состояний валентной зоны.

  2. Развита теория для мощности энергетических потерь электрона и темпа релаксации электронной температуры в квантовой проволоке произвольного сечения при рассеянии электронов на деформационных, пьезоэлектрических акустических и полярных оптических фононах. Исследована зависимость мощности энергетических потерь в цилиндрической проволоке круглого сечения и в проволоке с ограничивающими параболическими потенциалами в магнитном поле, перпендикулярном оси проволоки, от параметров задачи.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Полученные в диссертации теоретические результаты представляют самостоятельный интерес с точки зрения теории низкоразмерных полупроводниковых систем. Они могут быть использованы для трактовки имеющихся экспериментальных данных и постановки новых экспериментов, направленных на углубление представлений о физических свойствах низкоразмерных систем. Некоторые из полученных результатов могут служить физической основой конструирования новых функциональных элементов и приборов твердотельной электроники на базе низкоразмерных полупроводниковых

структур, а также могут быть использованы при улучшении характеристик уже действующих приборов.