Науково-дослідна робота
Електронні властивості надграток і структур з квантовими ямами на основі напівпровідників з вузькою забороненою зоною

Науковий керівник: Рудавський Юрій Кирилович

Львів 1993-1995

Реферат

Наведено результати по розробці математичних моделей для опису електронних станів в квантових ямах, утворених напівпровідниками з вузькою забороненою зоною типу AIVBVI, які дозволяють врахувати багатозонний характер енергетичного спектру матеріалів, що складають структури типу PbTe-Pb1-xSnxTe. Представлені аналітичні розрахунки енергетичного спектру та хвильових функцій електронів, локалізованих в квантовій ямі. Чисельними методами отримано розв'язки дисперсійного рівняння на власні стани при конкретних значеннях ширини забороненої зони, хімічного зсуву термів, параметру міжзонної взаємодії та ширини квантової ями. Визначено ефективний гамільтоніан та явний вигляд хвильових функцій квазідвомірних електронів, проаналізована симетрія електронних станів. Наведено узагальнення електронного спектру в квантовій ямі на випадок наявності зовнішнього магнітного поля. Розв'язана задача про визначення енергії рівнів домішок та точкових дефектів з короткодіючим потенціалом, які знаходяться всередині квантової ями. Досліджено енергетичний спектр квантових точок на основі вузькощілинних напівпровідників типу AIVBVI для випадків ізотропного та повністю анізотропного спектру матеріалів структури, з врахованням можливості зонної інверсії в парі. Розглянуто вплив довгомасштабних флуктуацій метрики на час релаксації електронів, що рухаються в площині різкого гетеропереходу. На основі ефективного гамільтоніану проведено розрахунок електропровідності та коефіцієнту Холла квазідвомірних електронів з врахуванням особливостей спектру вузькощілинних напівпровідників типу AIVBVI, обумовлених непараболічністю та сильною спін-орбітальною взаємодією.

Висновки


1. Розв`зана задача про визначення електронних станів в квантових ямах на основі вузькощілинних напівпровідників типу AIVBVI . Використано модель, яка дозволяє врахувати багатозонний характер енергетичного спектру матеріалів структури. Отримано дисперсійне рівняння для визначення енергії двомірних станів в квантовій ямі. Його розв`язки при конкретних значеннях ширини забороненої зони, хімічного зсуву термів, параметрів міжзонної взаємодії та ширини ями отримуються чисельними методами, для чого розроблено відповідну програми розрахунків. Для граничного випадку, коли квантова яма утворена напівпровідником з дуже вузькою забороненою зоною, отримані явні аналітичні вирази, що визначають спектр квазідвомірних електронних станів.

2. Запропоновано підхід та отримано вираз для ефективного гамільтоніану квазідвомірних електронів в квантових ямах на основі напівпровідників типу AIVBVI. Відповідним вибором базису при k_|_=0 гамільтоніан приведено до простої блочної форми. Хвильові функції є власними для оператора інверсії знаку вісі системи, що дозволяє встановити симетрію відповідних енергетичних станів, що необхідно для дослідження матричних елементів збурюючих потенціалів. Отримано узагальнення ефективного гамільтоніану на випадок наявності магнітного поля, перпендикулярного до площини ями.

3. Розв`язана задача про визначення енергії зв`язаних станів для домішки, що знаходиться в квантовій ямі, утвореній вузькощілинними напівпровідниками типу AIVBVI. В загальному випадку положення домішкових станів визначається чисельними розв`язками відповідного дисперсійного рівняння з одночасним використанням розв`язків для визначення рівнів просторового квантування. Оримано явні аналітичні вирази для енергії домішкових станів в граничних по співвідношенню параметрів областях.

4. Проведено розрахунок електропровідності та коефіцієнту Холла електронів в квантовій ямі на основі напівпровідників типу . Розрахунку виконано на основі методу ефективного гамільтоніану з врахуванням розсіювання на точкових дефектах. Досліджено поведінку складових тензора електропровідності та встановлено немонотонний характер їх залежності від рівня хімпотенціалу при низьких температурах.

5. Виконано розрахунки провідності багатоелементних структур з сильно виродженим електронним газом. Врахування розсіювання на межах розділу в структурі проведено для двох моделей: тонких тунельно-прозорих бар`єрів та площин з хаотично розташованими точковими розсіюючими центрами. Отримно явні вирази для компонент питомого опору структури для обох досліджених моделей.

6. Розроблені програми розрахунків чисельними методами досліджених фізичних величин в квантових ямах, що дозволяє отримати їх значення в широкому діапазоні значень параметрів, які характеризують енергетичний спектр матеріалів структури та її геометричні розміри.

7. Розпочато дослідження квазідвомірних електронних систем з одночасним врахуванням кількох каналів одночастинкового розсіювання та кулонівської міжчастинкової кореляції. Розробляється підхід, який дозволяє методами чисельного моделювання дослідити явища електронного переносу та спектр колективних збуджень.

8. Розпочато дослідження властивостей структур на основі квантових ям, які містять магнітні домішки. Як основний механізм міжцентрової взаємодії розглядається обмін віртуальними електрон-дірковими парами, що є ефективним каналом взаємодії у випадку надграток на основі напівпровідників з вузькою забороненою зоною.

Оприлюднення результатів проведених досліджень з тематики проекту:

Статті

1. "Electron energy spectrum and wave functions in quantum wells on the base IV-VI narrow-gap semiconductors". Phys. stat. sol.(b), v.184, 347 (1994).

2. "Magnetic impurity interactions in a quantum well on the base of IV-VI semiconductors".
jorn. Superlattices and Microstructures.

Доповіді на конференціях

1. XXIII International School on Physics of Semiconducting Compounds, Jaszowiec`94, Poland:
- "Energy spectrum particularities and transport properties of IV-VI semiconductor quantum wells".

2. 16-th Pekar International Conference on Theory of Semiconductors, Odessa, 1994, Ukraine:
- "Динамическа проводимость электронов в полупроводниковой квантовой яме";
- "Транспортные свойства электронов в квантовых ямах на основе полупроводников типа IV-VI".

3. The First International Conference on Material Science of Chalcogenide and Diamond-Structure Semiconductors, Chernivtsy, 1994, Ukraine:
- "Магнитные звзаимодействия в квантовых ямах на основе полупроводников типа IV-VI".

записки.
додано 23 липня 2001 р.