Диссертация (Неравновесные эффекты и нестационарный электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием), страница 55
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 55 страницы из PDF
Äàííûé ïîäõîä ïîçâîëèë âïåðâûå ïîëó÷èòü ñèñòåìó óðàâíåíèé, êîòîðàÿ òî÷íî ó÷èòûâàåò êîððåëÿöèè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ âî âñåõ ïîðÿäêàõ, è âû÷èñëèòü òî÷íîâñå êîððåëÿöèîííûå ôóíêöèè äëÿ êîíå÷íîãî çíà÷åíèÿ âåëè÷èíû êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ, ñðàâíèìîé ñ ðàññòîÿíèåì ìåæäó óðîâíÿìè ýíåðãèè.1. Èññëåäîâàíû îñîáåííîñòè ðåëàêñàöèè çàðÿäà äëÿ ðàçëè÷íûõ íà÷àëüíûõ óñëîâèé è ó÷òåíû êàê êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè ìåæäó ëîêàëèçîâàííûìè ýëåêòðîíàìè â êàæäîé èç êâàíòîâûõ òî÷åê, òàê è êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè ìåæäó ðàçëè÷íûìè êâàíòîâûìè òî÷êàìè.  ñëó÷àå,êîãäà â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè óðîâíè ýíåðãèé îáåèõ êâàíòîâûõòî÷åê çàïîëíåíû, âïåðâûå îáíàðóæåí ýôôåêò äèíàìè÷åñêîãî ïëåíåíèÿ çàðÿäà â îäíîé èç òî÷åê, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ ïðÿìûì ñëåäñòâèåìíàëè÷èÿ â ñèñòåìå êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé.2. Ïðîäåìîíñòðèðîâàíî, ÷òî ðåæèìû ðåëàêñàöèè çàðÿäà îïðåäåëÿþòñÿâ ïåðâóþ î÷åðåäü ñîîòíîøåíèÿìè ìåæäó ïàðàìåòðàìè èññëåäóåìîéñèñòåìû.
Ïðîâåäåíî ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ, ïîëó÷åííûõ ïðåäëîæåííûì íîâûì ìåòîäîì, ñ ðåçóëüòàòàìè, ïîëó÷åííûìè ïðè èñïîëüçîâàíèè ïîäõîäà, îñíîâàííîãî íà ïðèìåíåíèè ìåòîäà ñðåäíåãî ïîëÿ. Îáíàðóæåíî, ÷òî ñóùåñòâóþò îáëàñòè çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ ñèñòåìû,äëÿ êîòîðûõ âðåìåííàÿ ýâîëþöèÿ íå ìîæåò áûòü ïîëíîñòüþ êîððåêòíî îïèñàíà íà îñíîâå ìåòîäà ñðåäíåãî ïîëÿ. Ïîêàçàíî, ÷òî ñèñòåìàóðàâíåíèé, ó÷èòûâàþùàÿ êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè ëîêàëèçîâàííûõýëåêòðîíîâ âñåõ ïîðÿäêîâ, èìååò òî÷íîå àíàëèòè÷åñêîå ðåøåíèå.304Çàêëþ÷åíèåÍà îñíîâàíèè ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé è ïðåäñòàâëåííûõ â äèññåðòàöèîííîé ðàáîòå ðåçóëüòàòîâ, ñôîðìóëèðóåì îñíîâíûå âûâîäû:1. Ïðîäåìîíñòðèðîâàíà îïðåäåëÿþùàÿ ðîëü ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé, îáðàçîâàííûõ îòäåëüíûìè ïðèìåñíûìè àòîìàìè, â ôîðìèðîâàíèè îñîáåííîñòåé òóííåëüíûõ õàðàêòåðèñòèê â ñèñòåìàõ ïîíèæåííîéðàçìåðíîñòè è â ñòðóêòóðàõ ñ õàðàêòåðíûìè ðàçìåðàìè, ñðàâíèìûìèñ ðàäèóñîì ëîêàëèçàöèè ïðèìåñåé â øèðîêîì äèàïàçîíå íàïðÿæåíèéñìåùåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå.
Ïðåäëîæåí òåîðåòè÷åñêèé ïîäõîä, ïîçâîëèâøèé èññëåäîâàòü õàðàêòåðíûé âèä îñîáåííîñòåé ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ëîêàëüíîé ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè âîêðåñòíîñòè ïîâåðõíîñòíûõ ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé, îáðàçîâàííûõ îòäåëüíûìè ãëóáîêèìè è ìåëêèìè ïðèìåñíûìè àòîìàìè ñ êóëîíîâñêèì âçàèìîäåéñòâèåì ïðè ñóùåñòâîâàíèè íåñêîëüêèõ êàíàëîâäëÿ òóííåëèðîâàíèÿ ýëåêòðîíîâ. Äàííûé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ïî âèäóñïåêòðîâ ëîêàëüíîé òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè àíàëèçèðîâàòü âëèÿíèå êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ íà êèíåòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêèèññëåäóåìîé ñèñòåìû.2.
Ïðåäëîæåíà òåîðåòè÷åñêàÿ ìîäåëü, ïîçâîëèâøàÿ îáúÿñíèòü ìèêðîñêîïè÷åñêóþ ïðèðîäó íèçêî÷àñòîòíîãî øóìà ñî ñïåêòðîì 1/f α , ñâÿçàííîãî ñ ñîñòîÿíèÿìè, ëîêàëèçîâàííûìè íà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêîâ, è èññëåäîâàòü îñîáåííîñòè ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè òóííåëüíîãî òîêà â øèðîêîì äèàïàçîíå íàïðÿæåíèé íà òóííåëüíîì êîíòàêòå. Ìîäåëü ó÷èòûâàåò ýôôåêòû ìíîãîêðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè íà êóëîíîâñêîì ïîòåíöèàëå, ñîçäàâàåìûì çàðÿäîì ëîêàëèçîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ â îáëàñòè òóííåëüíîãî êîíòàêòà,èçìåíÿþùèìñÿ â ïðîöåññå òóííåëèðîâàíèÿ ýëåêòðîíîâ. Ðàçðàáîòàííàÿ ìîäåëü ïîçâîëÿåò äèàãíîñòèðîâàòü çàðÿäîâûå ñîñòîÿíèÿ è òèïûïðèìåñíûõ àòîìîâ, ðàñïîëîæåííûõ â ïîäïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ êðèñòàëëîâ.Ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðåäëîæåííîé ìîäåëè îáíàðóæåíî, ÷òî ïåðåíîðìè-305ðîâêà àìïëèòóä òóííåëüíûõ ïåðåõîäîâ ïðè ó÷åòå êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ ñ ýëåêòðîíàìè íåïðåðûâíîãîñïåêòðà â áåðåãàõ òóííåëüíîãî êîíòàêòà ìîæåò ïðèâîäèòü ê ïîÿâëåíèþ ñèíãóëÿðíûõ îñîáåííîñòåé â âûñîêî÷àñòîòíîé îáëàñòè ñïåêòðàòóííåëüíîãî òîêà è ê ñäâèãó ñèíãóëÿðíûõ îñîáåííîñòåé èç íèçêî÷àñòîòíîé îáëàñòè â âûñîêî÷àñòîòíóþ îáëàñòü ïðè èçìåíåíèè íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå.3.
Ðàçâèò ïîäõîä, ïîçâîëÿþùèé àíàëèçèðîâàòü ýëåêòðîííûé òðàíñïîðòè òóííåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ñèëüíî êîððåëèðîâàííûõ ñèñòåì ñíåñêîëüêèìè óðîâíÿìè ýíåðãèè è òî÷íî ó÷èòûâàþùèé êóëîíîâñêèåêîððåëÿöèè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ. Ïîêàçàíî, ÷òî êóëîíîâñêèåêîððåëÿöèè â äâóõóðîâíåâîé ñèñòåìå ïðèâîäÿò ê èíâåðñíîé çàñåëåííîñòè è ê îáðàòèìîìó ïåðåðàñïðåäåëåíèþ çàðÿäà ìåæäó îäíîýëåêòðîííûìè ñîñòîÿíèÿìè ñèñòåìû. Íàéäåíî, ÷òî êóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè îòâå÷àþò çà ïîÿâëåíèå îòðèöàòåëüíîé òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè.Íàëè÷èå ýôôåêòîâ ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ïðè èçìåíåíèè íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå îòêðûâàåò âîçìîæíîñòè äëÿ óïðàâëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííûì ðàñïðåäåëåíèåì çàðÿäà â ñèñòåìå íàíîìåòðîâûõ ðàçìåðîâ ñ íåñêîëüêèìè óðîâíÿìè ýíåðãèè è ñîçäàíèÿ çàðÿäîâûõïåðåêëþ÷àòåëåé íà áàçå ìíîãîóðîâíåâûõ êâàíòîâûõ òî÷åê è ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé ïðèìåñíûõ àòîìîâ.
Ïðåäñêàçàíî ïîÿâëåíèå îòðèöàòåëüíîé òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè, êîòîðóþ ìîæíî èñïîëüçîâàòüäëÿ ñîçäàíèÿ äèîäîâ.4. Ïîêàçàíî, ÷òî ïîëíûå ýëåêòðîííûå ÷èñëà çàïîëíåíèÿ â ñèñòåìå ñèëüíî ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ìîãóò óìåíüøàòüñÿ ñ ðîñòîì âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ èç-çà êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé ëîêàëèçîâàííûõýëåêòðîíîâ. Îáíàðóæåíû ýôôåêòû ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ìåæäóäâóõýëåêòðîííûìè ñîñòîÿíèÿìè ñ ðàçëè÷íûìè ñïèíîâûìè êîíôèãóðàöèÿìè ïðè èçìåíåíèè íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå, îáóñëîâëåííûå íàëè÷èåì êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé. Óñòàíîâëåíî, ÷òî äëÿîïðåäåëåííûõ çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ ñèñòåìû âîçíèêàåò èíâåðñíàÿ çàñåëåííîñòü, êîãäà çàïîëíåíèå òðèïëåòíîãî ñîñòîÿíèÿ ïðåâîñõîäèò çàïîëíåíèå ñèíãëåòíîãî ñîñòîÿíèÿ.
Ïðîäåìîíñòðèðîâàíî ïîÿâëåíèå îòðèöàòåëüíîé òóííåëüíîé ïðîâîäèìîñòè. Íàéäåíî, ÷òî ïåðåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäà ïðè èçìåíåíèè íàïðÿæåíèÿ íà òóííåëüíîì êîíòàêòå306îòêðûâàåò âîçìîæíîñòè äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ çàäàííûõ çàðÿäîâûõ èñïèíîâûõ êîíôèãóðàöèé â ñèñòåìàõ íàíîìåòðîâûõ ðàçìåðîâ.5. Òåîðåòè÷åñêè îáîñíîâàíà âîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ íîâîãî êëàññà ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ, ïðèíöèï ðàáîòû êîòîðûõ îñíîâàí íà ïðîòåêàíèè íåñòàöèîíàðíîãî òóííåëüíîãî òîêà ÷åðåç ñèñòåìó òðåõ ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ñîñòîÿíèÿìè íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà.
Òàêèå óñòðîéñòâà ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû â êà÷åñòâå ýòàëîíîâ òîêà. Îáíàðóæåíî, ÷òî ïåðèîäè÷åñêîå èçìåíåíèå ïîëîæåíèÿ óðîâíÿ ýíåðãèè â îäíîé èç òî÷åê ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþíåíóëåâîãî ñðåäíåãî òóííåëüíîãî òîêà, ïðîòåêàþùåãî ÷åðåç ñèñòåìóïðè íóëåâîì íàïðÿæåíèè íà òóííåëüíîì êîíòàêòå. Ôèçè÷åñêèì ìåõàíèçìîì, îòâåòñòâåííûì çà ýòîò ýôôåêò, ÿâëÿåòñÿ ðàçëè÷èå ñêîðîñòåé ðåëàêñàöèè ïðè ðåçîíàíñíîì è íåðåçîíàíñíîì òóííåëèðîâàíèèìåæäó êâàíòîâûìè òî÷êàìè.
Ïðåäëîæåííûé ìåõàíèçì ôîðìèðîâàíèÿ íåñòàöèîíàðíîãî òóííåëüíîãî òîêà ìîæåò ïðîÿâëÿòüñÿ ïðè êîìíàòíûõ òåìïåðàòóðàõ äëÿ êâàíòîâûõ òî÷åê íàíîìåòðîâîãî ðàçìåðà.Íåìîíîòîííûé âèä çàâèñèìîñòè ñðåäíåãî òóííåëüíîãî òîêà îò ÷àñòîòû èçìåíåíèÿ ïîëîæåíèÿ óðîâíÿ ýíåðãèè â êâàíòîâîé òî÷êå ìîæíîïðèìåíèòü äëÿ ñòàáèëèçàöèè ÷àñòîòû â ýëåêòðîííûõ íàñîñàõ è òóðíèêåòàõ, ñîçäàííûõ íà îñíîâå ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê.6. Ïðåäëîæåí ìåòîä îïèñàíèÿ ðåëàêñàöèè çàðÿäà â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, îñíîâàííûé íà ïðèìåíåíèè äèàãðàììíîé òåõíèêè Êåëäûøà äëÿ íåðàâíîâåñíûõ ïðîöåññîâ è ìåòîäà ñðåäíåãî ïîëÿ, ïîçâîëÿþùåãî ó÷åñòü êóëîíîâñêîå âçàèìîäåéñòâèå â íàíîñòðóêòóðàõ.
Ñ ïîìîùüþ ýòîãî ìåòîäà äåòàëüíî èññëåäîâàíû îñîáåííîñòè âðåìåííîé ýâîëþöèè çàðÿäà, ëîêàëèçîâàííîãî â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ ðåçåðâóàðîì, ïðè íàëè÷èè ìåæ÷àñòè÷íîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Îáíàðóæåíî, ÷òî íåìîíîòîííàÿ ðåëàêñàöèÿ çàðÿäà â êâàíòîâûõ òî÷êàõ ïðè íàëè÷èè êóëîíîâñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ÿâëÿåòñÿ ðåçóëüòàòîì ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ çàðÿäà ìåæäó êàíàëàìè ðåëàêñàöèè âîòäåëüíûõ òî÷êàõ, à íå ìåæäó êàíàëàìè ðåëàêñàöèè ðàçíûõ òî÷åê.
Âñèñòåìå ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê ñ êóëîíîâñêèì âçàèìîäåéñòâèåìîáíàðóæåí è èññëåäîâàí áèôóðêàöèîííûé ðåæèì ðåëàêñàöèè çàðÿäà. Ïîêàçàíî, ÷òî ìîìåíò ðåçêîé ñìåíû ñêîðîñòåé ðåëàêñàöèè ìîæíîâàðüèðîâàòü, èçìåíÿÿ ïàðàìåòðû ñèñòåìû. Ýôôåêò ðåçêîãî ïåðåêëþ-307÷åíèÿ ìåæäó äâóìÿ óñòîé÷èâûìè ðåæèìàìè ðåëàêñàöèè ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ñîçäàíèÿ ñâåðõáûñòðûõ çàðÿäîâûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé.Ïðîäåìîíñòðèðîâàíî, ÷òî ýëåêòðîí-ôîíîííîå âçàèìîäåéñòâèå ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè çàðÿäà.7. Ïðåäëîæåíà è èññëåäîâàíà ñèñòåìà ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åêñ êóëîíîâñêèìè êîððåëÿöèÿìè, âçàèìîäåéñòâóþùàÿ ñ ñîñòîÿíèÿìèíåïðåðûâíîãî ñïåêòðà, â êîòîðîé ñ ðîñòîì ÷èñëà òî÷åê ïðîèñõîäèòèçìåíåíèå êèíåòèêè ðåëàêñàöèè çàðÿäà. Ïîêàçàíî, ÷òî â òàêîé ñèñòåìå çàðÿä ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ îñòàåòñÿ ëîêàëèçîâàííûì â íà÷àëüíîé òî÷êå, íåñìîòðÿ íà íàëè÷èå äèññèïàöèè â ñèñòåìå; ïðîöåññ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê "ïëåíåíèå"çàðÿäà, à ñèñòåìó êâàíòîâûõ òî÷åê êàê "çàðÿäîâóþ ëîâóøêó".
Ïðè óâåëè÷åíèè ÷èñëà òî÷åê â ïðåäëîæåííîé ñèñòåìå ïðîèñõîäèò ïîäàâëåíèå ðîëè êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé âïðîöåññå ðåëàêñàöèè çàðÿäà.8. Ðàçðàáîòàí íîâûé ìåòîä òåîðåòè÷åñêîãî îïèñàíèÿ íåñòàöèîíàðíîãîýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà â ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ ïðè íàëè÷èèñèëüíûõ êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé.  ðàçâèòîì ïîäõîäå òî÷íî ó÷òåíûêóëîíîâñêèå êîððåëÿöèè ëîêàëèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ âî âñåõ ïîðÿäêàõ ïî âçàèìîäåéñòâèþ. Ïðåäëîæåííûé ïîäõîä ïîçâîëèë ïðåäñêàçàòüýôôåêò äèíàìè÷åñêîãî ïëåíåíèÿ çàðÿäà â ñèñòåìå ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷êàõ, âçàèìîäåéñòâóþùèõ ñ òåðìîñòàòîì, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ ïðÿìûì ñëåäñòâèåì íàëè÷èÿ â ñèñòåìå êóëîíîâñêèõ êîððåëÿöèé.Ïîêàçàíî, ÷òî ñóùåñòâóåò îñîáûé ðåæèì ðåëàêñàöèè çàðÿäà ñ ðåçêèìóìåíüøåíèåì àìïëèòóäû è ïîñëåäóþùèì ïî÷òè ïîëíûì åå âîññòàíîâëåíèåì, êîòîðûé ìîæíî ïðèìåíèòü äëÿ ñîçäàíèÿ îáðàòèìûõ çàðÿäîâûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé íà îñíîâå ñâÿçàííûõ êâàíòîâûõ òî÷åê.
