Магнетосопротивление в массиве квантовых точек с разной степенью локализации носителей заряда

1. Магнетосопротивление в массиве квантовых точек с разной степенью локализации носителей заряда N.P. Stepina, E.S. Koptev, A.G. Pogosov, A.V. Dvurechenskii, A.I. Nikiforov INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE

2. INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE Заключение o Ge [001] Si Si [010] [100] Содержание Мотивация o Образцы с разной степенью локализации o Температурная зависимость проводимости o Экспериментальные результаты по МС o Отрицательное МС: VRH модель Отрицательное МС: WL модель

3. INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE Geнанокластеры в Si СТМ изображение Ge нанокластеров Поперечный срез ПЭМ Зонная структура Ge Si 10МС Ge 300C holes V Плотность3-41011см-2 Латеральный размер 10 -15нм Высота 1-1.5нм Большая плотность КТ позволяет наблюдать прыжковую проводимость вдоль 2D массива КТ

4. INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE 1 10 0 10 0.5 1 -1 10 1.5 ) h 2 / -2 10 e 2 2.5 3 -3 10 Conductance ( 3.5 4 -4 10 4.5 5 -5 10 5.5 6 -6 10 -7 10 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 -1 -1 T (K ) Прыжковая проводимость дырок 2s Анализ безразмерной энергии активации 4p Немонотонная зависимость проводимости от заполнения- характерная особенность КТ.

5. Радиус локализации в неупорядоченной системе определяетпереход МД (I– интеграл переноса, W– уровень беспорядка) Огибающая волновой функции Волновые функции носителей заряда в массиве КТ Волновая функция одиночной КТ Потенциал, созданный массивом КТ x= ½

6. Режимы транспорта Сильная локализация Прыжковый транспорт Промежуточный режим ??????????? Диффузионная проводимость с квантовыми поправками Слабая локализация

7. 10 nm 1 nm B δ-легирование Si 15 nm Пути изменения проводимости Контроль фактора заполнения Плотность КТ~4×1011см2 Изменение плотности КТ Фактор заполнения ~2, 2.4 Отжиг 480, 550, 575, 600 и 625°C Плотность КТ 8×1011 см-2 Фактор заполнения ~3 HTREM изображение КТ с плотностью ~4∙1011 см -2 СТМ изображения массива Кт с плотностью ~ 8×1011 см -2 (200×200 нм)

8. INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE Si GexSi1-x Si Si Si Ge Пути изменения проводимости 3. Изменение размеров Кт и состава при отжиге КТ плотность~4×1011см-2 Фактор заполнения ~2, 2.4 Отжиг 480, 550, 575, 600 и 625°C

9. INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE Мотивация Переход от прыжкового к диффузионному транспорту Температурная зависимость проводимости Нелинейная проводимость hopping regime G>0.4G0 G<10-4G0 diffusive regime

10. INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE Отрицательное магнетосопротивление ОМС в VRH режиме ОМС врежиме слабой локализации 2 i 1 N j В магнитном поле b=B/Btr , Btr=h/2el2, - digamma функция  - амплитуда рассеяния<0,r- длина прыжка

11. INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE x= ½ Температурная зависимость проводимости G>0.4e2/h - диффузионный режим G<10-2e2/h - прыжковый режим x , nm

12. Магнетосопротивление

13. Negative magnetoresistance, VRH model The behavior of length parameter with x is opposite than VRH theory predicts r ~ ξ(T0/T)1/2

14. Отрицательное МС, WL модель

15. Отрицательное МС, WL модель

16. Температурная зависимость МС Определение Lиз G(T) Определение Lиз MC

17. Определение для случая то если и можно использовать приближенный метод, считая малым параметром тогда Тем самым, анализируя зависимость можно определить

18. Заключение • Предложены пути получения структур с массивом КТ с широким диапазоном изменения проводимости. • Анализ температурных зависимостей проводимости подтверждает переход от прыжкового к диффузионному транспорту при изменении проводимости системы. • Анализ поведения магнетосопротивления в промежуточной области значений G ( ) выполнен для структур с различными размерами и составом КТ, при изменении их плотности и заполнения КТ дырками. • Выводы: • Режим МС подобен для всех исследованных структур. В слабых полях наблюдается отрицательное МС, которое переходит в положительное при увеличении поля. • Анализ отрицательного Мс выполнен в приближении прыжковой проводимости и слабой локализации. • Показано, что приближение слабой локализации описывает поведение отрицательного МС для всех образцов, однако параметр  стремиться к нулю при уменьшении проводимости. • Результаты объяснены в предположении, что вклад квантовой интерференции ограничен не только длиной сбоя фазы, но также длиной локализации.

19. Эффективная масса модель самосогласованной интерференционной поправки к проводимости [B.L. Altshuler, A.G. Aronov, and D.E. Khmelnitsky, J. Phys. C 15, 7367 (1982)]

20. INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS, SIBERIAN BRANCH OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCE 40 nm Si Al Al drain source 200 nm Si 2 Структуры для исследования V I Si (001) substrate