Особенности микроволнового фотокондактанса квантового точечного контакта и кремниевого полевого транзистора

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Квантовые точечные контакты с коротким (100 нм) каналом в высокоподвижном двумерном электронном газе гетероструктур GaAs/Al(Ga)As и короткоканальный полевой транзистор р-типа в структуре кремний на изоляторе изготовлены, экспериментально и моделированием исследованы в Институте физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук с целью изучения отклика образцов на слабое облучение электромагнитным полем с частотой ~2 ГГц. Этот отклик в туннельном режиме при температуре 4.2 К оказался гигантским и наблюдался на фоне особенностей, обусловленных примесным беспорядком.

Полный текст

Введение

В связи с поиском новых фотоэлектрических явлений большой интерес представляет отклик квантового точечного контакта (КТК) и полевого транзистора (ПТ) на действие внешних высокочастотных полей. Эти два устройства близки друг к другу по управляемости, и за несколько десятилетий хорошо изучены основные свойства КТК в высокоподвижном двумерном электронном газе (ДЭГ) гетероструктур GaAs/Ga(Al)As [1–11] и кремниевого ПТ [12–23]. ПТ является главным элементом в интегральных микросхемах и первой реализацией двумерных электронных, либо дырочных квантовых систем [15, 16]. В свою очередь, в КТК были экспериментально открыты ступенчатое квантование кондактанса в единицах G0 = 2e2/h [1, 2] в нулевом магнитном поле и загадочная плечеподобная особенность 0.7G0 [4, 5]. Это наноустройство простейшим образом иллюстрирует темы про непрерывный спектр и коэффициент прохождения из учебной квантовой механики [3, 24], а также про мезоскопические системы [25], квантовую когерентность, формулу Ландауэра [26, 27] и электрон-электронное взаимодействие [4–9] в мезоскопическом транспорте [25–31]. Случайные особенности кондактанса являются слабыми и редкими в типичных КТК, поскольку ДЭГ обычно формируется методами удаленного легирования. Напротив, при низких температурах ПТ представляет собой более сложную мезоскопическую систему из-за сильного беспорядка в канале, так как кремний под изолятором обычно легирован примесями n- и p-типа, и канал находится в концентрированной среде локализованных зарядов. Соответственно, мезоскопические особенности в подпороговом режиме являются сильными и частыми [17–23]. Обсуждались разные механизмы мезоскопического транспорта в ПТ: перколяция [16], прыжковая проводимость [18–20], резонансное туннелирование [18, 19] и кулоновская блокада последовательного туннелирования [21, 22]. В связи с изучением влияния электромагнитных полей на электронные наносистемы в ряде работ был измерен отклик транспорта в КТК и ПТ на сигналы с частотой f ~ 1 ГГц, которая является низкой по сравнению с τ–1, где τ-характерное время прохождения носителей через канал [32–43]. Недавно найдено, что этот отклик может быть гигантским и иметь простое объяснение в модели одночастичного туннелирования при нулевой температуре [41–43]. Однако в эксперименте для этого требуются особые условия: обычный для ПТ, но редкий для КТК короткий канал (L ≈ 100 нм); малое напряжение сток-исток V < kBT/e и редко получаемый в КТК, но обычный для ПТ режим низкого кондактанса G < 10–3G0, а также подача малой мощности от СВЧ-генератора на образец через общую точку заземления и слабое электромагнитное поле без влияния на температуру носителей T = 4.2 К. В данной статье мы представляем основные результаты этих работ.

Результаты и их обсуждение

В этом разделе сначала дается краткое описание изучаемых нами образцов с КТК и ПТ, сообщается о двух способах измерения кондактанса образцов при температуре T = 4.2 К и подведения высокой частоты (2.4 ГГц) к образцам от генератора микроволн. Затем для случаев КТК и ПТ приводятся результаты измерения затворных характеристик кондактанса и зависимостей этих характеристик от регулируемого ослабления мощности на выходе из генератора высокой частоты. Для этих КТК и ПТ даются краткие описания соответственно простой и сложной модели потенциала в уравнении Шредингера и транспорта носителей в пределе нулевой температуры. Результаты расчетов кондактанса по этим моделям приводятся вслед за результатами соответствующих измерений для сравнения эксперимента с теорией. Обсуждение дается вместе с пояснением к рисункам.

Образцы и четырех-терминальные измерения кондактанса КТК в холловском мостике показаны микрографиями и схематически на рис. 1. Длина канала в КТК в данном случае [41, 42] гораздо меньше, чем была в типичных КТК [1–11], которые сделали возможным изучение квантования кондактанса, но не позволяли измерять кондактанс в глубоком туннельном режиме из-за быстрого увеличения толщины туннельного барьера на уровне Ферми с ростом обедняющего Vg. Напротив, при одинаково малых ширине и длине канала квантование кондактанса не наблюдаемо, согласно теоретическому предсказанию [3], но образцы подходят для изучения туннелирования вплоть до G~10–5G0 [41, 42]. В этом случае канал формировался по стандартной технологии расщепленного затвора, размещенного между потенциометрическими контактами холловского мостика с помощью взрывной электронной литографии по Au/Al (рис. 1а, 1б). Управляемые затворным напряжением Vg сужения в ДЭГ были исследованы в гетероструктурах трех типов, чтобы проверить чувствительность свойств КТК к использованию глубоких, либо мелких примесных центров и разного расположения плоскостей Si-δ-легирования относительно плоскости ДЭГ. Эти три типа гетероструктур представляли собой: 1) обычный гетеропереход AlGaAs/GaAs с Si-δ-легированным AlGaAs; 2) гетеропереход с заменой AlGaAs на короткопериодную сверхрешетку (СР) GaAs/AlAs с Si-δ-легированным ультратонким слоем GaAs в СР; 3) двойной гетеропереход – квантовую яму GaAs в окружении двух таких СР, как в типе 2. Концентрация электронов 𝑁s в ДЭГ, их подвижность µ и длина свободного пробега 𝑙 были для структуры первого типа: 𝑁s = = (3–4)∙1011 см–2, µ = (2–3)∙105 см2/Вс, 𝑙 = (2–3) мкм; для структуры второго типа: 𝑁s = (2–3)∙1011 см–2, µ = (1–2)∙106 см2/Вс, 𝑙 = (5–10) мкм и структуры третьего типа: 𝑁s = (7–8)∙1011 см–2, µ = (1–2)∙106 см2/Вс, 𝑙 = (20–30) мкм. Конструкции гетероструктур подробно описаны в [42]. Во всех случаях типичное расстояние между ДЭГ и металлическим затвором составляло ≈ 100 нм, и трудно получить характерную длину сужения в ДЭГ в таких структурах меньше 100 нм из-за размывания неоднородностей электрического поля затвора в глубине полупроводника. Дополнительно к серии образцов с номинально одинаковыми конструкциями расщепленного затвора для получения КТК в этих гетероструктурах, мы исследовали свойства короткоканального ПТ с носителями p-типа в структуре кремний на изоляторе [43]. Этот образец показан микрографией и схематически вертикальным разрезом на рис. 1 в,г. с указанием характерных размеров, типа и концентрации распределенного примесного легирования. Образец изготовлен по стандартной технологии для ПТ, функционирующих при комнатной температуре [14]. Рабочим телом ПТ служил остров кремния толщиной ≈500 нм на захороненном изоляторе SiO2. Исходно остров был объемно легирован n-типом (фосфором) и имел сильно легированные бором области p-типа, служившие истоком и стоком и имевшие тонкие по z расширения p-типа под рабочей границей Si/SiO2 вплоть до подзатворной области короткого (L ≈ 70 нм) канала n-типа. Над этой областью выше тонкого (4.5 нм) слоя термического SiO2 находился поликремниевый сильно легированный примесями p-типа затвор (G). Затвор, исток и сток контактировали с подводящими Al-электродами. В данном случае дистанция между затвором и каналом гораздо меньше, чем в структурах с ДЭГ и КТК, поэтому длина канала определяется в ПТ длиной затвора, а она нанолитографией может быть сделана гораздо меньше 100 нм [21–23].

 

Рис. 1. Схематическое изображение 4-терминальных измерений кондактанса КТК (а). Микрография части холловского мостика; на вынесенной части показан расщепленный затвор КТК (б). Микрография образца с ПТ; на вынесенной части показан фрагмент затвора (в). Схематическое изображение вертикального разреза ПТ с указанием материалов и уровней легирования n- и p-типа (г).

 

Измерения кондактанса G I /V при 4.2 К проводились с использованием стандартной схемы фазочувствительного детектирования на частотах 2–6 Гц при малом задаваемом переменном напряжении между истоком и стоком V ~ 0.1 мВ (eV < kBT) в случае двухтерминального измерения кондактанса образцов с КТК или ПТ, а также при малом задаваемом токе I ~ 0.1 нА в случае четырехтерминальных измерений кондактанса промежутка между потенциометрическими контактами в холловском мостике. Двухтерминальные и четырехтерминальные измерения давали одинаковые результаты при не самом глубоком туннельном режиме КТК, чтобы для измеряемого напряжения при фиксированном токе выполнялось eV < kBT.

Аналогично [41] электромагнитное поле с частотой f = 2.44 ГГц подводилось к образцам с ПТ и КТК по коаксиальному кабелю, открытый конец которого располагался в нескольких миллиметрах от образца. В случае двухтерминальных измерений экран кабеля от генератора микроволн был заземлен в общей точке вместе c металлическим держателем образца в сосуде Дьюара и оплетками таких же коаксиальных кабелей, идущих от источников напряжений V и Vg. В случае четырехтерминальных измерений экран кабеля от генератора микроволн был заземлен в дополнительной точке вместе с одним из токовых контактов к ДЭГ. В этих случаях малые (~1 мм) части всех подводящих проводников не экранированы своими оплетками и связаны между собой по высокой частоте, благодаря электрическим емкостям между концами центральных жил и оплетками кабелей и благодаря указанным заземлениям. Кроме того, на образец действуют высокочастотные электрические поля, вводимые в объем открытым концом кабеля от генератора микроволн, а в замкнутой основной цепи существует еще и наведенная высокочастотным магнитным полем ЭДС. Важно, что этот дистанционно и электрически распределенный механизм подведения высокой частоты к образцу дает гораздо меньшую амплитуду высокочастотных колебаний тока и напряжений по сравнению с обычным подключением КТК или ПТ к генератору высокой частоты f = (108 – 1010) Гц [32–40], когда сигнал от него подавался через соединение жилы коаксиального кабеля с одним из токовых контактов к образцу подавался, либо с затвором.

Измеренные зависимости G(Vg, P) коротких КТК при 4.2 К представлены на рис. 2. для некоторых образцов в трех упомянутых типах гетероструктур. Независимой переменной на данном рисунке служит величина Vgeff = VgVg (G0, P = 0), что удобно из-за чувствительности кондактанса к деталям формирования КТК. Кондактанс приводится в логарифмическом масштабе, а отношение мощности на выходе из генератора микроволн P к максимальной величине P0 = 1Вт дается в децибелах. Интервал показа кондактанса охватывает туннельный режим и существенную часть открытого режима КТК: G ≥ 0.5G0 при P = 0. Из рис. 2 видна основная тенденция в поведении изученных образцов: в туннельном режиме кондактанс зависит от Vg экспоненциально, увеличиваясь на порядки с ростом P от P = 0 (–100 дБ) до P = 1 мВт (–30 дБ). Относительная величина фотокондактанса G(P)–G (P = 0) в глубоком туннельном режиме является гигантской при P = 1 мВт. На выходе из туннельного режима при G ~ 0.5G0 зависимость logG(Vg, P) существенно ослабляется. Анализируя рис. 2 легко заметить, что кроме основной тенденции на показанных зависимостях есть детали, которые при G > 0.2G0 лучше были бы видны в линейном масштабе [41, 42]. Речь идет о предсказанном в [3] линейном росте кондактанса в открытом режиме короткого КТК, а также об изломе при (0.5–0.7) G0, который обычно присутствует на измеренных G(Vg) не только в типичных [4–11], но и в коротких [35, 38, 41, 42] КТК. В логарифмическом масштабе кондактанса этот излом заметен при P → 0 для КТК в гетероструктурах типа 1 и 2 (рис. 2б и 2в). Интересно, что в ожидаемом месте его нет в случае образца в гетероструктуре типа 3 (рис. 2а и 2г), но в туннельном режиме при разном охлаждении этого образца форма кривых G(Vg) оказалось довольно разной. Это простые экспоненты на рис. 2а при G ≤ 0.1G0, но в том же диапазоне кондактанса все кривые на рис. 2г имеют плечеподобные особенности. В случаях КТК в гетероструктурах типа 1 и 2 резкие ступеньки обнаружены в туннельном режиме на нескольких кривых при P ≤ 0.01 мВт (рис. 2б) и при P ~ 0.1 мВт (рис. 2в). Их высота повышается с ростом P при сохранении положения ступеней по Vg. Поскольку картина ступеней индивидуальна для каждого образца и процедуры охлаждения, то ступени есть результат влияния на кондактанс замороженных случайных расположений локализованных зарядов в Si-δ-легированных слоях. Как видно из рис. 2, относительное изменение кондактанса с ростом P при переходе в открытый режим становится гораздо меньше, чем в глубоком туннельном режиме, например в открытом режиме фотокондактанс G(P)–G (P = 0) слабо (и медленно по Vg) колеблется, меняя свой знак (рис. 2б). Однако при другом охлаждении того же самого образца в гетероструктуре типа 1 фотокондактанс был положительным везде в туннельном и открытом режимах КТК [42]. Напротив, фотокондактанс в открытом режиме на рис. 2а в является отрицательным, приближаясь по модулю к G0, когда G(Vg)/G0 при P = 0 становится гораздо больше единицы [41]. При этом есть своего рода критическая точка: смена знака фотокондактанса происходит независимо от P приблизительно при одном и том же значении кондактанса, но на рис. 2a эта точка лежит выше G0, а на рис. 2в ниже 0.5G0.

 

Рис. 2. Измеренные при T = 4.2 К зависимости G(Vg, P) для 3 образцов с КТК: один и тот же образец в гетероструктуре типа 3 для двух разных охлаждений (а, г); образцы в гетероструктурах типа 1 и 2 соответственно (б, в).

 

Основные тенденции, видные из рис. 2, воспроизводятся предельно простой моделью КТК, построенной в [41], исходя из [3], учебной задачи по квантовой механике о барьере Эккарта U0ch–2(x/L) и формулы Ландауэра: G = G0D, где D – полный коэффициент прохождения электрона через сужение в ДЭГ при T = 0. Результаты расчетов кондактанса КТК по этой модели показаны на рис. 3. Хорошо видно, что тенденции поведения кондактанса и фотокондактанса описываются моделью, хотя она не дает 0.7G0-аномальной особенности и мезоскопических ступенек кондактанса КТК в туннельном режиме.

 

Рис. 3. Зависимости G(EFU0, A) для T = 0 в квазиодномерной модели транспорта через идеализированный КТК для двух разных значений параметра δV : δV = 0; (а) 0 < δV V (б) (синфазные высокочастотные колебания напряжения между потенциометрическими контактами и потенциального барьера под затвором относительно EF).

 

Поясним, что в данной модели прохождение электрона через сужение в ДЭГ предполагается квазиодномерным и практически мгновенным из-за небольшой частоты f = 2.44 ГГц вынужденных колебаний потенциала седловой точки и напряжения между потенциометрическими контактами в холловском мостике: δVcos(ωt), ω = 2πf. Это позволяет при реалистических параметрах КТК в ДЭГ свести задачу к аналитическому решению стационарного уравнения Шредингера с разделяющимися переменными x, y. Ход одномерных подзон для вычисления полного коэффициента прохождения D брался в виде барьера Эккарта En(x) = = [Un + Acos(ωt)]ch–2(x/L), где Un = U0 + ωy. Кондактанс в пределе T = 0 находился из условия равенства средних по времени величин тока I(t) и произведения G0D(t)∙[V + δVcos(ωt)]. В данной модели независимой переменной является величина EFU0, которая почти пропорциональна Vgeff, а амплитуда A осцилляций высоты барьера пропорциональна P0.5. Параметрами служат характерная ширина барьера L = 100 нм, характерные энергии ħωx ħωy = 1.5 мэВ в седловой точке потенциала [3] и амплитуда высокочастотных осцилляций δV, которая по модулю предполагалась меньше или равной амплитуде низкочастотных осцилляций напряжения V, но могла иметь разный знак [осцилляции в фазе или в противофазе с осцилляциями высот потенциальных барьеров En(x)]. Задание δV определяло поведение и знак модельного фотокондактанса в окрытом режиме КТК (рис. 3). В связи с этим упомянем работы [38, 39], в которых на затвор и один из токовых контактов КТК одновременно подавались высокочастотные напряжения с управляемым сдвигом по фазе. Обнаружено, что кондактанс устройства заметно различался, когда эти осцилляции были в фазе, либо в противофазе. В нашем случае нечто подобное видно из сравнения случая δV = 0 на рис. 3a и рис. 2б, а также из сравнения рис. 2в и рис. 3б, для которого амплитуда δV бралась положительной (высокочастотные осцилляции высоты барьера и напряжения в фазе) и равной амплитуде V измеряемых низкочастотных колебаний напряжения.

Перейдем теперь к экспериментальным результатам [43] по кремниевому ПТ p-типа, показанному на рис. 1в и 1г. Измеренная при T = 4.2 К зависимость кондактанса этого устройства от затворного напряжения и мощности на выходе из генератора микроволн G(Vg, P) представлена на рис. 4а. Видно, что кондактанс увеличивается при изменении Vg в сторону отрицательных значений, поскольку носителями являются дырки. При этом экспоненциально быстрый рост G(Vg) в подпороговом режиме сменяется при любых P режимом насыщения кондактанса. Порог находится возле слабо зависящих от P-значений G ~ 10–2G0. Ниже порога на зависимостях G(Vg) при малых P наблюдаются мезоскопические проявления примесного беспорядка – высокие узкие ступени, покрытые частыми пиками и провалами кондактанса. Если не обращать внимания на эти проявления, то основная тенденция в подпороговом режиме заключается в сдвиге кривых в правую сторону с ростом P, что ведет к увеличению кондактанса на порядки при фиксированных Vg. Напротив, в режиме насыщения при фиксированных Vg наблюдается повышение кондактанса с ростом P в пределах одного порядка. Сравнение рис. 4a c рис. 2 и рис. 3 показывает, что основная тенденция поведения фотокондактанса в подпороговом режиме ПТ аналогична той, что была в туннельном режиме КТК. Есть даже сходство в наличии резких ступеней, высота которых быстро растет с увеличением P. Зависимости G(Vg) в режиме насыщения в ПТ и в открытом режиме КТК сходны по простоте, и на них нет частых особенностей. Различие заключается в выходе G(Vg) почти на постоянные асимптотические значения Gas < G0 в ПТ и на наклонные прямые в КТК. При этом относительная величина фотокондактанса Gas(P)/Gas(0)-1 положительная и большая, а величина G(P)/G(0)-1 в открытом режиме КТК является малой по модулю и может быть отрицательной. Отмеченное сходство поведения G(Vg, P) на рис. 2 и рис. 4а указывает на возможность в ПТ такой же базовой разновидности мезоскопического транспорта [25–31], как в КТК, т. е. в рамках одночастичной квантовой механики [24] и формулы Ландауэра [26, 27].

 

Рис. 4. Измеренная при T = 4.2 К зависимость G(Vg, P) для кремниевого ПТ (а). Вычисленная зависимость кондактанса промежутка исток-сток от переменных U0 и A в модели двумерного транспорта дырок через ПТ для T = 0 и EF = 12 мэВ с учетом беспорядка в двумерном потенциале и параметра Gs ≡ 1/Rs(A) (б).

 

На рис. 4б показан результат численного расчета поведения кондактанса в модели одночастичного квантового транспорта дырок при T = 0 в двухтерминальной (размером 1 мкм по x и y) мезоскопической системе с потенциалом, учитывающим примесный беспорядок и вынужденные высокочастотные осцилляции потенциала под затвором относительно уровня Ферми. Потенциал был суммой плавного барьера [U0 + Acos(ωt)]ch–4(x/L) и случайного двумерного потенциала, который отвечал существованию коротковолнового и длинноволнового беспорядка из-за шероховатости границы Si/SiO2 и примесей разного типа возле канала кремниевого ПТ. На рис. 4б показана вычисленная зависимость G(U0, A) в случае L = 150 нм, EF =12 мэВ. При сравнении с экспериментальной зависимостью (рис. 4а) предполагалась линейная связь U0 с Vg и пропорциональность амплитуды A величине P0.5. Расчет кондактанса проводился с помощью программы Kwant [44] с использованием вычислительных ресурсов Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН. Частые мезоскопические особенности в подпороговом режиме ПТ на модельных кривых при T = 0 и достаточно сильном беспорядке ярче выражены, чем на экспериментальных кривых при T = 4.2 К. Поведение асимптотической величины Gas(A) на рис. 4б подобно измеренному Gas(P) на рис. 4а благодаря феноменологическому учету последовательного сопротивления Rs(А) длинных p-легированных областей, соединяющих короткий канал с сильно легированными стоком и истоком (см. рис. 1в и 1г). По вертикали на рис. 4б отложена величина ожидаемого кондактанса всего промежутка исток–сток с учетом поправки из-за G≡ 1/Rs. Заметим, что для объяснения прежних результатов экспериментов с разными ПТ при низких температурах и низком кондактансе использовались (на основании измерений и без обращения к численному моделированию) другие базовые механизмы мезоскопического транспорта: перколяция [16], прыжковая проводимость [18–20], резонансное туннелирование [18, 19] и кулоновская блокада последовательного туннелирования [21, 22]. Представленные в [43] и здесь результаты поддерживают простую идею одночастичного квантового рассеяния на сложном потенциале с сильным беспорядком для объяснения обнаруженного поведения короткоканального ПТ p-типа, но для большей надежности выводов в дальнейшем требуются дополнительные эксперименты и расчеты.

Заключение

Таким образом, были экспериментально и численно исследован микроволновый (f = 2.44 ГГц) фотокондактанса короткоканальных КТК и ПТ. В туннельном режиме КТК и ПТ обнаружен гигантский фотоотклик кондактанса на облучение устройств микроволнами и найдены проявления примесного беспорядка в виде ступеней на затворных характеристиках и частых особенностей пик-провал в случае ПТ. В открытом режиме КТК обнаружена чувствительность величины и знака фотокондактанса к деталям изготовления и охлаждения образцов. Найденные эффекты промоделированы в рамках механизма одночастичного квантового рассеяния при адиабатически медленных вынужденных осцилляциях эффективного потенциала внутри мезоскопической системы.

Использованы вычислительные ресурсы Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН, теоретическая часть работы выполнена по государственному заданию (НИР № 223020701075-5). Экспериментальная часть работы выполнена по государственному заданию ИФП СО РАН.

×

Об авторах

А. С. Ярошевич

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук»

Автор, ответственный за переписку.
Email: jarosh@isp.nsc.ru
Россия, Новосибирск

В. А. Ткаченко

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук»; Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»

Email: jarosh@isp.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

З. Д. Квон

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук»; Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»

Email: jarosh@isp.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

Н. С. Кузьмин

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»

Email: jarosh@isp.nsc.ru
Россия, Новосибирск

О. А. Ткаченко

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук»

Email: jarosh@isp.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Д. Г. Бакшеев

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»

Email: jarosh@isp.nsc.ru
Россия, Новосибирск

И. В. Марчишин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук»

Email: jarosh@isp.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. К. Бакаров

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук»

Email: jarosh@isp.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Е. Е. Родякина

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук»; Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»

Email: jarosh@isp.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

В. А. Антонов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук»

Email: jarosh@isp.nsc.ru
Россия, Новосибирск

В. П. Попов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук»

Email: jarosh@isp.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. В. Латышев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физики полупроводников имени А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук»; Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»

Email: jarosh@isp.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

Список литературы

  1. Van Wees B.J., Van Houten H., Beenakker C.W.J. et al. // Phys. Rev. Lett. 1988. V. 60. No. 9. P. 848.
  2. Wharam D., Thornton T.J., Newbury R. et al. // J. Physics C. 1988. V. 2. No. 8. Art. No. L209.
  3. Büttiker M. // Phys. Rev. B. 1990.V. 41. No. 11. P. 7906.
  4. Thomas K.J., Nicholls J.T., Appleyard N.J. et al. // Phys. Rev. B. 1998. V. 58. No. 8. P. 4846.
  5. Kristensen A., Bruus H., Hansen A.E. et al. // Phys. Rev. B. 2000. V. 62. No. 16. P. 10950.
  6. Tkachenko O.A., Tkachenko V.A., Baksheyev D.G. et al. // J. Appl. Phys. 2001. V. 89. No. 9. P. 4993.
  7. Renard V.T., Tkachenko O.A., Tkachenko V.A. et al. // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. No. 18. Art. No. 186801.
  8. Ткаченко О.А., Ткаченко В.А. // Письма в ЖЭТФ. 2012. Т. 96. № 11. С. 804; Tkachenko O.A., Tkachenko V.A. // JETP Lett. 2013. V. 96. No. 11. P. 719.
  9. Smith L.W., Al-Taie H., Lesage A.A.J. et al. // Phys. Rev. Appl. 2016. V. 5. Art. No. 044015.
  10. Pokhabov D.A., Pogosov A.G., Zhdanov E.Yu. et al. // Appl. Phys. Lett. 2018. V.112. No. 8. Art. No. 082102.
  11. Srinivasan A., Farrer I., Ritchie D.A. et al. // Appl. Phys. Lett. 2020. V. 117. No. 18. Art. No. 183101.
  12. Hofstein S.R., Heiman F.P. // Proc. IEEE. 1963. V. 51. No. 9. P. 1190.
  13. Sze S.M. Physics of semiconductor devices. New York: John Willey, 1981. 868 p.
  14. Французов А.А., Бояркина Н.И., Попов В.П. // ФТП. 2008. Т. 42. № 2. С. 212; Frantsuzov A.A., Boyarkina N.I., Popov V.P. // Semiconductors. 2008. V. 42. No. 2. P. 215.
  15. Ando T., Fowler A.B. Stern F. // Rev. Mod. Phys. 1982. V. 54. No. 2. P. 437.
  16. Arnold E. // Appl. Phys. Lett. 1974. V. 25. No.12. P. 705.
  17. Kwasnick R.F., Kastner M.A., Meingailis J. et al. // Phys. Rev. Lett. 1984. V. 52. No. 15. P. 224.
  18. Fowler A.B., Wainer J.J., Webb R.A. // IBM J. Res. Dev. 1988. V. 32. No. 3. P. 372.
  19. Popović D., Fowler A.B., Washburn S. et al. // Phys. Rev. Lett. 1991. V. 67. No. 20. P. 2870.
  20. de Graaf C., Wildöer J.W.G., Caro J. et al. // Surf. Science. 1992. V. 263. No. 1–3. P. 409.
  21. Specht M., Sanquer M., Caillat C. et al. // In: IEEE International Electron Devices Meeting 1999. Technical Digest (Cat. No. 99CH36318). 1999. P. 383.
  22. Wacquez R., Vinet M., Pierre M., Roche B. et al. // IEEE Symp. VLSI Technol. 2010. P. 193.
  23. Paz B.C., Le Guevel L., Cassé M. et al. // IEEE 33rd Int. Conf. Microelectron. Test Struct. 2020. P. 1.
  24. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. М.: Наука, 1974. 752 с.
  25. Altshuler B.L., Lee P.A., Webb R.A. Mesoscopic phenomena in solids. Amsterdam, 1991.
  26. Landauer R. // In: Localization interactions and transport phenomena. Heidelberg: Springer, 1985. P. 38.
  27. Fisher D.S., Lee P.A. // Phys. Rev. B. 1981. V. 23. P. 6851.
  28. Datta S. Electronic transport in mesoscopic systems. Cambridge: Cambridge University Press, 1995. 377 p.
  29. Imry Y. Introduction to mesoscopic physics. NY.: Oxford University Press, 1997.
  30. Sohn L., Kouwenhoven L.P., Schön G. Mesoscopic electron transport. Dordrecht: Kluwer, 1997.
  31. Tkachenko O.A., Tkachenko V.A., Kvon Z.D. et al. // In: Advances in semiconductor nanostructures. Growth, characterization, properties and applications. Ch. 6. Elsevier, 2017. P. 131.
  32. Regul J., Hohls F., Reuter D. // Physica E. 2004. V. 22. No. 1–3. P. 272.
  33. Ferrari G., Prati E., Fumagalli et al. // Proc. EuMC. 2005. V. 2. P. 4.
  34. Prati E., Fanciulli M., Calderoni A. et al. // Phys. Lett. A. 2007. V. 370. No. 5–6. P. 491.
  35. Naser B., Ferry D.K., Heeren J. et al. // Physica E. 2007. V. 40. No. 1. P. 84.
  36. Hohls F., Fricke C., Haug R.J. // Physica E. 2008. V. 40. No. 5. P. 1760.
  37. Wang Z., Chen D., Ota T., Fujisawa T. // Japan. J. Appl. Phys. 2009. V. 48. No. 4C. Art. No. 04C148.
  38. Kamata H., Ota T., Fujisawa T. // Japan. J. Appl. Phys. 2009. V. 48. No. 4C. Art. No. 04C149.
  39. Wang P., He J. // Physica E. 2019. V. 108. P. 160.
  40. Jarratt M.C., Waddy S.J., Jouan A. et al. // Phys. Rev. Appl. 2020. V. 14. No. 6. Art. No. 064021.
  41. Ткаченко В.А., Ярошевич А.С., Квон З.Д. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2021. Т. 114. № 2. С. 108; Tkachenko V.A., Yaroshevich A.S., Kvon Z.D. et al. // JETP Lett. 2021. V. 114. P. 110.
  42. Кузьмин Н.С., Ярошевич А.С., Квон З.Д. и др. // ФТТ. 2023. Т. 65. № 10. С. 1842; Kuzmin N.S., Jaroshevich A.S., Kvon Z.D. et al. // Phys. Solid State. 2023. V. 65. No. 10. P. 1765.
  43. Jaroshevich A.S., Kvon Z.D., Tkachenko V.A. et al. // Appl. Phys. Lett. 2024. V. 124. No. 6. Art. No. 063501.
  44. Growth C. W., Wimmer M., Akhmerov A. R. et al. // New J. Phys. 2014. V. 16. No. 6. Art. No. 063065.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Схематическое изображение 4-терминальных измерений кондактанса КТК (а). Микрография части холловского мостика; на вынесенной части показан расщепленный затвор КТК (б). Микрография образца с ПТ; на вынесенной части показан фрагмент затвора (в). Схематическое изображение вертикального разреза ПТ с указанием материалов и уровней легирования n- и p-типа (г).

Скачать (36KB)
3. Рис. 2. Измеренные при T = 4.2 К зависимости G(Vg, P) для 3 образцов с КТК: один и тот же образец в гетероструктуре типа 3 для двух разных охлаждений (а, г); образцы в гетероструктурах типа 1 и 2 соответственно (б, в).

Скачать (60KB)
4. Рис. 3. Зависимости G(EF–U0, A) для T = 0 в квазиодномерной модели транспорта через идеализированный КТК для двух разных значений параметра δV : δV = 0; (а) 0 < δV ≈ V (б) (синфазные высокочастотные колебания напряжения между потенциометрическими контактами и потенциального барьера под затвором относительно EF).

Скачать (26KB)
5. Рис. 4. Измеренная при T = 4.2 К зависимость G(Vg, P) для кремниевого ПТ (а). Вычисленная зависимость кондактанса промежутка исток-сток от переменных U0 и A в модели двумерного транспорта дырок через ПТ для T = 0 и EF = 12 мэВ с учетом беспорядка в двумерном потенциале и параметра Gs ≡ 1/Rs(A) (б).

Скачать (35KB)

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).