Диссертация (Неравновесные эффекты и нестационарный электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием), страница 51
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Неравновесные эффекты и нестационарный электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием". PDF-файл из архива "Неравновесные эффекты и нестационарный электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-математические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой докторскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени доктора физико-математических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст 51 страницы из PDF
Äëÿ îòðèöàòåëüíîé íà÷àëüíîé ðàññòðîéêè ýëåêòðîí-ôîíîííîåâçàèìîäåéñòâèå ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè. Ýôôåêò óâåëè÷åíèÿ âûðàæåí çíà÷èòåëüíî ñëàáåå, ÷åì â ñëó÷àå ïîëîæèòåëüíîé íà÷àëüíîé ðàññòðîéêè. Âðåìåííàÿ ýâîëþöèÿ ÷èñåë çàïîëíåíèÿ ïðîèñõîäèòâ íåñêîëüêî ýòàïîâ ñ ðàçëè÷íûìè õàðàêòåðíûìè ñêîðîñòÿìè ðåëàêñàöèèäëÿ êàæäîãî èç ýòàïîâ.  ñëó÷àå ìàëûõ çíà÷åíèé íà÷àëüíîé ðàññòðîéêè(ðèñ.á) ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè çàðÿäà î÷åíü áëèçêè äëÿ îáîèõ ýòàïîâ ðåëàêñàöèè è ïðèíèìàþò çíà÷åíèå áëèçêîå ê âåëè÷èíå γres êàê â îòñóòñòâèè,òàê è ïðè íàëè÷èè ýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Ñ ðîñòîì âåëè÷èíû ðàññòðîéêè â îòñóòñòâèè ýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ðåëàêñàöèÿ çàðÿäà íà ïåðâîì ýòàïå ïðîèñõîäèò ñî ñêîðîñòüþ γres , à íà âòîðîìýòàïå ñî ñêîðîñòüþ γnonres .
Ó÷åò ýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ íåïðèâîäèò ê çíà÷èòåëüíîìó èçìåíåíèþ ñêîðîñòåé ðåëàêñàöèè, è âðåìåííàÿýâîëþöèÿ çàðÿäà õàðàêòåðèçóåòñÿ ñêîðîñòÿìè ðåëàêñàöèè γres è γnonres äëÿïåðâîãî è âòîðîãî ýòàïîâ ñîîòâåòñòâåííî.Åùå îäíèì ýôôåêòîì, âîçíèêàþùåì ïðè ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ñâÿ-6.196.19278çàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ ïðè íàëè÷èè ýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, ÿâëÿåòñÿ ôîðìèðîâàíèå îñöèëëÿöèé â çàâèñèìîñòè ÷èñåë çàïîëíåíèÿ îò âðåìåíè.
Îñöèëëÿöèè íàïðÿìóþ ñâÿçàíû ñ íàëè÷èåì â ñèñòåìåýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ è âîçíèêàþò âñëåäñòâèå îáðàçîâàíèÿäîïîëíèòåëüíîãî íåóïðóãîãî êàíàëà äëÿ ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà â ñèñòåìå äâóõ ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ðåçåðâóàðà. Íåóïðóãèé êàíàë òóííåëèðîâàíèÿîáóñëîâëåí ïðîöåññàìè èñïóñêàíèÿ è ïîãëîùåíèÿ ôîíîíîâ ïðè ðåëàêñàöèè çàðÿäà ìåæäó êâàíòîâûìè òî÷êàìè. Ýòîò ýôôåêò íàèáîëåå ÿðêî âûðàæåí äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà ðàññòðîéêà ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè ïðèíèìàåòçíà÷åíèå áëèçêîå ê ôîíîííîé ÷àñòîòå (ðèñ.à). Îñöèëëÿöèè íàèáîëüøåé àìïëèòóäû ìîæíî íàáëþäàòü äëÿ áîëüøèõ çíà÷åíèé íà÷àëüíîé ðàññòðîéêè (ðèñ.à è âñòàâêà íà íåì).
Äëÿ ôèêñèðîâàííîãî íàáîðà ïàðàìåòðîâ ñèñòåìû àìïëèòóäà îñöèëëÿöèé îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé êîíñòàíòû ýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ g (ðèñ.). Íàëè÷èå îñöèëëÿöèéìîæåò ïðèâîäèòü ê óìåíüøåíèþ ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè ýëåêòðîííûõ ÷èñåëçàïîëíåíèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñî çíà÷åíèÿìè ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè â îòñóòñòâèèýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ (ïóíêòèðíàÿ è íåïðåðûâíàÿ êðèâûå÷åðíîãî öâåòà íà ðèñ.à) äëÿ ôèêñèðîâàííîãî íàáîðà ïàðìåòðîâ ñèñòåìû â îïðåäåëåííûõ âðåìåííûõ èíòåðâàëàõ.Òàêèì îáðàçîì, ïîêàçàíî, ÷òî ó÷åò ýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ñîñòîÿíèÿìèíåïðåðûâíîãî ñïåêòðà, ïðè àíàëèçå âðåìåííîé ýâîëþöèè çàðÿäà ïðèâîäèòê óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè ëîêàëèçîâàííîãî çàðÿäà.
Âîçíèêàþùèåâ ïðîöåññå ðåëàêñàöèè îñöèëëÿöèè âî âðåìåííîé ýâîëþöèè ýëåêòðîííûõ÷èñåë çàïîëíåíèÿ ñâÿçàíû ñ íàëè÷èåì ïðîöåññîâ ïîãëîùåíèÿ è èñïóñêàíèÿôîíîíîâ ïðè ïåðåðàñïðåäåëåíèè çàðÿäà ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè êâàíòîâûõ òî÷åê. Ýôôåêò óñêîðåíèÿ ðåëàêñàöèè çà ñ÷åò ýëåêòðîí-ôîíîííîãîâçàèìîäåéñòâèÿ íåîáõîäèìî âñåãäà ó÷èòûâàòü ïðè îïðåäåëåíèè ïàðàìåòðîâêâàíòîâûõ òî÷åê â ïðîöåññå èõ èíòåãðàöèè â ìîäóëè ñîâðåìåííîé íàíîýëåêòðîíèêè äëÿ ñîçäàíèÿ ýëåìåíòîâ, ðàáîòà êîòîðûõ îñíîâàíà íà èçìåíåíèèçàðÿäîâîãî ñîñòîÿíèÿ â ïðîöåññå ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà.6.196.196.196.19279 6.5.
ÂûâîäûÏðåäëîæåí ìåòîä äëÿ îïèñàíèÿ ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, îñíîâàííûé íà ïðèìåíåíèè äèàãðàììíîé òåõíèêè Êåëäûøà äëÿ íåðàâíîâåñíûõ ïðîöåññîâ è ìåòîäà ñðåäíåãî ïîëÿ, ïîçâîëÿþùåãîó÷åñòü êóëîíîâñêîå âçàèìîäåéñòâèå â íàíîñòðóêòóðàõ. Ñ ïîìîùüþ äàííîãî ìåòîäà äåòàëüíî èññëåäîâàíû îñîáåííîñòè âðåìåííîé ýâîëþöèè çàðÿäà,ëîêàëèçîâàííîãî â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà, ïðè íàëè÷èè ìåæ÷àñòè÷íîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.1. Ïîêàçàíî, ÷òî êóëîíîâñêîå âçàèìîäåéñòâèå çíà÷èòåëüíî âëèÿåò íà ðåëàêñàöèþ çàðÿäà â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõñ ðåçåðâóàðîì, è ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ íåñêîëüêèõ õàðàêòåðíûõîáëàñòåé ñ ðàçëè÷íûìè ñêîðîñòÿìè ðåëàêñàöèè.
Âïåðâûå ïîêàçàíî,÷òî â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ ðåëàêñàöèÿ çàðÿäà ïðè íàëè÷èèêóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ îïðåäåëÿåòñÿ òðåìÿ ðàçëè÷íûìè ñêîðîñòÿìè ðåëàêñàöèè.Ê íàñòîÿùåìó ìîìåíòó áûëî îáíàðóæåíî íàëè÷èå òðåõ ðàçëè÷íûõñêîðîñòåé ðåëàêñàöèè â îäíîé êâàíòîâîé òî÷êå ñ êóëîíîâñêèì âçàèìîäåéñòâèåì, ñâÿçàííîé ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà [245]. ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ áûëî ïðîäåìîíñòðèðîâàíî íàëè÷èåòîëüêî äâóõ ðàçëè÷íûõ ñêîðîñòåé ðåëàêñàöèè [242, 243] â îòñóòñòâèèâ ñèñòåìå êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.2.
Ïðîäåìîíñòðèðîâàíî, ÷òî îñíîâíûì ìåõàíèçìîì íåìîíîòîííîé ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ ïðè íàëè÷èè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ÿâëÿåòñÿ ïåðåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà ìåæäó êàíàëàìè ðåëàêñàöèè â îòäåëüíîé òî÷êå. Îáíàðóæåííûé ýôôåêòïðàêòè÷åñêè ïîëíîé ïåðåêà÷êè çàðÿäà ìåæäó ðàçëè÷íûìè ìîäàìèâíóòðè îäíîé êâàíòîâîé òî÷êè ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí äëÿ ìàíèïóëèðîâàíèÿ çàðÿäîì â ñèñòåìå ïîñðåäñòâîì åãî àêêóìóëèðîâàíèÿâ ðàçëè÷íûõ ïðîñòðàíñòâåííûõ îáëàñòÿõ è äëÿ ñîçäàíèÿ ýëåìåíòîâäèíàìè÷åñêîé ïàìÿòè, îñíîâàííûõ íà ïåðåêëþ÷åíèè ìåæäó íåñêîëüêèìè ñòàáèëüíûìè ñîñòîÿíèÿìè.3.
Âïåðâûå îáíàðóæåíî ÿâëåíèå áèôóðêàöèè â ïðîöåññå ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ñîñòîÿ-280íèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà, ïðè íàëè÷èè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ. Ïîêàçàíî, ÷òî ìîæíî èçìåíÿòüìîìåíò âðåìåíè, â êîòîðûé íàñòóïàåò áèôóðêàöèÿ, âàðüèðóÿ âåëè÷èíó íà÷àëüíîé ðàññòðîéêè ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè â êâàíòîâûõòî÷êàõ è âåëè÷èíó êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.
Òàêàÿ îñîáåííîñòüñèñòåìû äàåò âîçìîæíîñòü äëÿ óïðàâëåíèÿ ïàðàìåòðàìè ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà íà ýòàïå ðîñòà êâàíòîâûõ òî÷åê. ßâëåíèå áèôóðêàöèèìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî ïðè ñîçäàíèè íà áàçå ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ëîãè÷åñêèõ ïåðåêëþ÷àòåëåé, ôóíêöèîíèðóþùèõ íà îñíîâåÿâëåíèÿ ñâåðõáûñòðîãî ïåðåêëþ÷åíèÿ ìåæäó äâóìÿ ñòàáèëüíûìè ñîñòîÿíèÿìè. Êðîìå òîãî, ìîæíî ïðîâîäèòü êîäèðîâêó êâàíòîâûõ áèòîâ äëÿ êâàíòîâîé êðèïòîãðàôèè, èñïîëüçóÿ îñîáåííîñòè âðåìåííîéýâîëþöèè çàðÿäîâûõ ñîñòîÿíèé äâóõ ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê.4. Èññëåäîâàíû îñîáåííîñòè ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ñèñòåìå, ñîñòîÿùåéèç ïðîèçâîëüíîãî ÷èñëà êâàíòîâûõ òî÷åê ñ êóëîíîâñêèì âçàèìîäåéñòâèåì, ñâÿçàííîé ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ðåçåðâóàðà.Âïåðâûå ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü ”ïëåíåíèÿ” çàðÿäà ñ ðîñòîì ÷èñëàòî÷åê, íåñìîòðÿ íà íàëè÷èå â ñèñòåìå äèññèïàöèè â ñîñòîÿíèÿ íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ðåçåðâóàðà. Ñàìó ñèñòåìó ïðè ýòîì ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ýôôåêòèâíóþ ”çàðÿäîâóþ ëîâóøêó”.
Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ìîãóò áûòü ïðèìåíåíû ïðè îñóùåñòâëåíèè êîíòðîëèðóåìîé ëîêàëèçàöèè çàðÿäà â ñòðóêòóðàõ ñâåðõìàëûõ ðàçìåðîâ, ÷òî ïîçâîëèòíå òîëüêî èññëåäîâàòü ôóíäàìåíòàëüíûå îñîáåííîñòè ýëåêòðîííîãîòðàíñïîðòà â ñèñòåìàõ íàíîìåòðîâûõ ðàçìåðîâ, íî è èñïîëüçîâàòüýôôåêò ïëåíåíèÿ çàðÿäà äëÿ êîäèðîâêè êâàíòîâûõ áèòîâ, èñïîëüçóÿñïèí îäèíî÷íîãî ýëåêòðîíà, ëîêàëèçîâàííîãî â êâàíòîâîé òî÷êå.5.
Èññëåäîâàíà âðåìåííàÿ ýâîëþöèÿ ýëåêòðîííûõ ÷èñåë çàïîëíåíèÿâ ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ñîñòîÿíèÿìèíåïðåðûâíîãî ñïåêòðà, ïðè íàëè÷èè ýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Ïîêàçàíî, ÷òî ó÷åò ýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè ëîêàëèçîâàííîãî çàðÿäà.Âîçíèêàþùèå â ïðîöåññå ðåëàêñàöèè îñöèëëÿöèè âî âðåìåííîé ýâîëþöèè ýëåêòðîííûõ ÷èñåë çàïîëíåíèÿ ñâÿçàíû ñ íàëè÷èåì ïðîöåññîâ ïîãëîùåíèÿ è èñïóñêàíèÿ ôîíîíîâ ïðè ïåðåðàñïðåäåëåíèè çàðÿäàìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè êâàíòîâûõ òî÷åê. Ýôôåêò óñêîðåíèÿ ðåëàê-281ñàöèè çà ñ÷åò ýëåêòðîí-ôîíîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ íåîáõîäèìî âñåãäàó÷èòûâàòü ïðè îïðåäåëåíèè ïàðàìåòðîâ êâàíòîâûõ òî÷åê â ïðîöåññåèõ èíòåãðàöèè â ìîäóëè ñîâðåìåííîé íàíîýëåêòðîíèêè äëÿ ñîçäàíèÿýëåìåíòîâ, ðàáîòà êîòîðûõ îñíîâàíà íà èçìåíåíèè çàðÿäîâîãî ñîñòîÿíèÿ â ïðîöåññå ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà.282Ãëàâà 7Íåñòàöèîíàðíûå ýôôåêòû â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõòî÷êàõ ñ êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè ïðåäûäóùåé ãëàâå áûëè ðàññìîòðåíû îñîáåííîñòè ïðîöåññà ðåëàêñàöèè çàðÿä â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà, ïðè íàëè÷èè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ.
Ó÷åò êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïðîèçâîäèëñÿ â ïðèáëèæåíèè ñðåäíåãî ïîëÿ [130], êîòîðîå íå ïîçâîëÿåò èññëåäîâàòü îñîáåííîñòè íåñòàöèîíàðíîãî ýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà â ðåàëèñòè÷åñêèõ ñèñòåìàõ ñâåðõìàëûõ ðàçìåðîâ â ñëó÷àå, êîãäà âåëè÷èíà êóëîíîâñêèõêîððåëÿöèé ñîïîñòàâèìà ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó ýíåðãåòè÷åñêèìè óðîâíÿìèñèñòåìû.  íàñòîÿùåé ãëàâå ïðåäëîæåí ìåòîä àíàëèçà ïðîöåññîâ ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, ïîçâîëÿþùèé òî÷íî ó÷åñòü êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ âî âñåõ ïîðÿäêàõ [297].Ìåòîä àíàëèçà âðåìåííîé ýâîëþöèè çàðÿäîâîé ïëîòíîñòè îñíîâàí íà ïðèìåíåíèè êèíåòè÷åñêèõ óðàâíåíèé äëÿ áèëèíåéíûõ êîìáèíàöèé ãåéçåíáåðãîâñêèõ îïåðàòîðîâ. Ïðåäëîæåííûé ïîäõîä äëÿ îïèñàíèÿ ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ âïåðâûå ïîçâîëèë òî÷íî âû÷èñëèòüâñå êîððåëÿòîðû äëÿ êîíå÷íîãî çíà÷åíèÿ âåëè÷èíû êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, ñðàâíèìîé ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè [297]. 7.1.
Îñîáåííîñòè ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõòî÷êàõ ñ ó÷åòîì êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâÐàññìîòðèì ñèñòåìó, ñîñòîÿùóþ èç äâóõ îäíîóðîâíåâûõ êâàíòîâûõòî÷åê, ïîñëåäîâàòåëüíî ñâÿçàííûõ òóííåëüíûìè ïåðåõîäàìè êàê ìåæäó ñîáîé, òàê è ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ðåçåðâóàðà (ðèñ. ) [297]. êàæäîé èç òî÷åê íàõîäèòñÿ ïî îäíîìó óðîâíþ ñ ýíåðãèÿìè ε1 èε2 ñîîòâåòñòâåííî. Êâàíòîâàÿ òî÷êà ñ óðîâíåì ýíåðãèè ε2 âçàèìîäåéñòâóåòñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ðåçåðâóàðà.
Áóäåì íàçûâàòü êâàíòîâóþ òî÷êó, íå ñâÿçàííóþ ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà, - ïåðâîé, à7.1283U12 =U21U11U22Ðèñ. 7.1 . Ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå óðîâíåé ýíåðãèè (ε1 è ε2 ) â ñèñòåìå ñâÿçàííûõêâàíòîâûõ òî÷åê ñ êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè â êàæäîé èç òî÷åê (Uii ) è ìåæäó òî÷êàìè(Uij ).
