Geri Dön

Kuantum kuyu içeren Ga1-yAlyAs engel yapılarda dikey iletim mekanizmalarının incelenmesi

Investigation of the vertical transport in Ga1-yAlyAs barrier structures containing quantum wells

PDF İndir

  1. Tez No: 182264
  2. Yazar: SAFİ ALTUNÖZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ÇELİK
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Ga1-yAlyAs engel yapılar, çoklu kuantum kuyular, dikey iletim, ısısal uyarılma akımı, tünelleme akımı, Fowler-Nordheim tünellemesi, sıralıivrezonans tünellemesi, engel yüksekliği, iyonize safsızlık saçılması, uzay yüküsaçılması, alaşım düzensizliği saçılması, akustik fonon saçılması, polar optik fononsaçılması, geometrik magnetorezistans, mobilite, sürüklenme hızı, sıcakelektronlar, vadilerarası saçılma, Ga1-yAlyAs barrier structures, multiple quantum wells, verticaltransport, thermionic emission current, tunneling current, Fowler−Nordheimtunneling, sequential resonant tunneling, barrier height, ionised impurity scattering, space charge scattering, alloy disorder scattering, acoustic phonon scattering, polar optic phonon scattering, geometric magnetoresistance, mobility, drift velocity, hot electrons, intervalley scattering
  7. Yıl: 2006
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Merkez bölgesinde GaAs/Ga0,74Al0,26As kuantum kuyu ve merkez bölgesi ilen+-GaAs kontak tabakaları arasında Ga1-yAlyAs (0≤y≤0,26) eğimli engel tabakaları[n+-GaAs/Ga1-yAlyAs(0≤y≤0,26)/Ga0,74Al0,26As(NW)/Ga1-yAlyAs(0,26≤y≤0)/bulunann+-GaAs] engel yapılarda dikey iletim mekanizmaları deneysel olarak incelendi.Deneylerde dairesel mesa geometrisinde hazırlanmış (kontak çapı 100−800 μmaralığında), kuantum kuyu sayısı Nw=0, 2, 4, 7 ve 10 olan engel yapı örneklerkullanıldı. Eğimli engel tabakaların herbirinin kalınlığı 500 Å, merkez engel bölgesikalınlığı yaklaşık 1000 Å'dur. Nw=2, 4, 7 ve 10 olan örneklerde kuantum kuyugenişliği aynı (Lw=35 Å), kuantum kuyular arasındaki Ga0,74Al0,26As engel tabakasıkalınlığı (LB) sırasıyla 1006, 310, 135 ve 77 Å'dur. Bu örneklerde, karanlıkta,akım−sıcaklık, akım−gerilim ve geometrik magnetorezistans (GMR) ölçümleriyapıldı. Örneklere 0,01−0,8 V aralığında DC gerilim uygulanarak, akım sıcaklığınfonksiyonu olarak (I-T karakteristikleri) ölçüldü. Dikey akımın örneğe uygulanangerilimle değişimi (I-V karakteristikleri) 3,5−295 K aralığında belirli sıcaklıklardakaydedildi. GMR deneylerinde engel yapı örneklere tabakalara paralel ancakakıma dik olarak 0,2−2,2 T aralığında magnetik alan (B) uygulandı ve dikey akımınmagnetik alanla değişimi (I-B grafikleri): (i) düşük gerilimlerde (0,01−0,1 V),sıcaklığın fonksiyonu olarak ve (ii) 3,5−295 K aralığında belirli sıcaklıklarda,örneğe uygulanan gerilimin fonksiyonu olarak ölçüldü.Deneysel I-T ve I-V karakteristiklerinden düşük gerilim ve yüksek sıcaklıklarda(T>110 K) ısısal uyarılma akımının, yüksek gerilim ve düşük sıcaklıklarda (T<70 K)tünelleme akımının başat dikey iletim mekanizmaları olduğu; ara sıcaklıkbölgesinde ise tünelleme ve ısısal akım mekanizmalarının birlikte etkin olduğubelirlendi. Yüksek sıcaklıklarda ölçülen I-T verileri sürüklenme−difüzyon teorisiçerçevesinde değerlendirilerek (i) Nw=0 ve 2 olan örneklerde uzay yükü yoğunluğu(NS) ve toplam engel yüksekliği (ΔUm), (ii) Nw=4, 7 ve 10 olan örneklerde etkinengel yüksekliği (ΔE) elde edildi ve (iii) ΔUm ve ΔE niceliklerinin örneğe uygulanangerilimle değişimi tartışıldı.iiiDüşük sıcaklıklarda (3,5 K≤T<70 K) ölçülen I-V grafiklerinin çok hızlı artanbaşlangıç kısımları Fowler−Nordheim (F-N) tünellemesi bağıntısına çakıştırılarak,her örnek için ΔEFN engel yüksekliği belirlendi. Bu ΔEFN değerleri I-T verilerindenelde edilen ΔUm ve ΔE değerleri ile karşılaştırıldı. İki ve dört kuantum kuyu içerenengel yapı örneklerin düşük sıcaklık I-V karakteristiklerinde gözlenenminimumların fiziksel nedenleri tartışıldı. Nw=7 ve 10 kuantum kuyu içeren engelyapı örneklerin I-V grafiklerinde, başlangıçtaki çok hızlı artıştan sonra, dikeyakımın artış hızında belirgin bir azalma ve daha yüksek gerilimlerde osilasyonlargözlendi. Bu osilasyonlar ile kuantum kuyularda meydana gelen taban altbandısıralı rezonans tünellemesi arasındaki ilişki ve osilasyon periyodu ile genliğininsıcaklıkla değişimi verilerinden yararlanarak osilasyonların fiziksel kaynağıincelendi.Sıcaklık ve örneğe uygulanan gerilimin fonksiyonu olarak yapılan GMRölçümlerinden elektron mobilitesinin sıcaklık ve gerilimle değişimi elde edildi.Engel yapı örneklerin mobilite−sıcaklık grafikleri, hacimli Ga1-yAlyAs'de etkin olanbaşlıca saçılma mekanizmaları (iyonize safsızlık, uzay yükü, alaşım düzensizliği,akustik fonon ve polar optik fonon saçılması) için literatürde verilen bağıntılarkullanılarak, sıcaklığın fonksiyonu olarak hesaplanan mobiliteler ile karşılaştırıldı.Nw=0 ve 2 olan örneklerde 80−200 K aralığında iyonize safsızlık saçılması ve uzayyükü saçılmasının, yaklaşık 200 K'den yüksek sıcaklıklarda ise uzay yüküsaçılması ve polar optik fonon saçılmasının etkin olduğu belirlendi. Nw=4, 7 ve 10olan örneklerde 80−300 K aralığında iyonize safsızlık saçılması başat olurken,yaklaşık 240 ile 300 K arasında polar optik fonon saçılmasının da etkin olduğusonucuna varıldı.Deneysel mobilite−gerilim verileri ve bu verilerden elde edilen sürüklenme hızı−elektrik alan grafikleri kullanılarak, engel yapı örneklerde sıcak elektron (hotelectrons) olayları incelendi. Yüksek gerilimlerde mobilitenin sistematik olarakazalması, elektrik alandan enerji kazanarak ısınan elektronların bir kısmınınGa1-yAlyAs engel tabakaları iletim bandında Γ vadisinden L (ve X) vadilerinesaçılması (intervalley scattering) ile açıklandı.

Özet (Çeviri)

Vertical transport mechanisms in [n+-GaAs/Ga1-yAlyAs(0≤y≤0.26)/Ga0.74Al0.26As(NW)/Ga1-yAlyAs(0.26≤y≤0)/n+-GaAs] barrier structures which contain GaAs/Ga0.74Al0.26Asquantum wells in the central region and Ga1-yAlyAs (0≤y≤0.26) graded barriersbetween the central region and n+-GaAs contact layers were investigatedexperimentally. Barrier structure samples prepared in circular mesa geometry(contact diameter in the range 100−800 μm) with Nw=0, 2, 4, 7 and 10 quantumwells were used in experiments. The thickness of each graded barrier layer was500 Å, and that of the central barrier region was approximately 1000 Å. Thequantum well width (Lw=35 Å) was the same for all the samples with Nw=2, 4, 7and 10, while the thickness (LB) of Ga0.74Al0.26As barrier layers in the quantumwells were 1006, 310, 135 and 77 Å, respectively. In these samplescurrent−temperature, current−voltage and geometric magnetoresistance (GMR)measurements were carried out in the dark. The vertical current was measured asa function of temperature (I-T characteristics) by applying DC voltage (in the range0.01−0.8 V) to the sample. The variation of vertical current with applied voltage(I-V characteristics) was recorded at selected temperatures in the range3.5−295 K. In GMR experiments, a magnetic field (B) in the range 0.2−2.2 T wasapplied parallel to the layers but perpendicular to the current, and the variation ofvertical current with magnetic field (I−B graph) was measured: (i) as a function oftemperature, at low voltages (0.01−0.1 V) and (ii) as a function applied voltage, atselected temperatures in the range 3.5−295 K.It is found from the experimental I-T and I-V characteristics that thermionicemission and tunneling are the major vertical transport mechanisms at lowvoltages and high temperatures (T>110 K) and at high voltages and lowtemperatures (T<70 K), respectively; while, both thermionic emission andtunneling mechanisms are effective in the intermediate temperature range. Byevaluating the I-T data measured at high temperatures in the framework ofdrift−difussion theory, we obtained (i) the space charge density (NS) and totalbarrier height (ΔUm) for the samples with Nw=0 and 2 and (ii) the effective barrierviheight (ΔE) for the samples with Nw=4, 7 and 10, and (iii) discussed the variation ofΔUm and ΔE with applied voltage.To determine the effective barrier height (ΔEFN) of each sample theFowler−Nordheim tunneling equation was fitted to the rapidly rising initial part ofthe I-V graphs, which were measured at low temperature (3.5≤T<70 K). TheseΔEFN values were compared with those of ΔUm and ΔE determined from I-T data.The physical origin of the minima observed in the low temperature I-Vcharacteristics of barrier structure samples with two and four quantum wells werediscussed. Following the sharp initial increase in the vertical current, a pronounceddrop in the voltage gradient of the current and oscillations were observed at highervoltages in the I-V characteristics of barrier structure samples with Nw=7 and 10quantum wells. The relationship between these oscillations and the ground statesequential resonant tunneling in the quantum wells and the physical origin of theseoscillations were investigated using the experimental data for the variation ofoscillation period and amplitude with temperature.The temperature and applied voltage dependences of the electron mobility wereobtained from the GMR measurements carried out as functions of temperatureand voltage. The mobility−temperature graphs of the barrier structure sampleswere compared with the mobilities for major scattering mechanisms (ionisedimpurity, space charge, alloy disorder, acoustic phonon, and polar optical phononscattering) in bulk Ga1-yAlyAs calculated as a function of temperature usingtheoretical expressions given in the literature. It is found that for the samples withNw=0 and 2 ionised impurity and space charge scattering are the dominantscattering mechanisms in the temperature range from 80 to 200 K, and spacecharge scattering and polar optical phonon scattering are effective at temperaturesabove about 200 K. For the samples with Nw=4, 7 and 10 ionised impurityscattering is the major scattering mechanism in the range 80−300 K, while theeffect of polar optical phonon scattering becomes important from about240 to 300 K.Hot electron phenomena in the barrier structure samples were studied by usingthe experimental mobility−voltage data and drift velocity−electric field graphs asobtained from these data. The systematic decrease of electron mobility withviiapplied voltage at high voltages was attributed to the scattering of hot electrons,which gained energy from the applied electric field, from the Γ valley to the L (or X)valleys in the conduction band of Ga1-yAlyAs barrier layers.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    33491

    Ridge waveguide ga As / Alx ga1-x as multiple quantom well laser diodes

    Sırt dalga kılavuzu Ga As / Alx Ga1-x As çoklu kuantum kuyu lazer diyodlar

    ABDULLAH KAMURAN TÜRKOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1994

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ATİLLA AYDINLI

  2. Tez No

    130867

    Band-offset ratio calculations of nitrogen containing III-V quantum wells

    Nitrojen içeren III-V kuantum kuyularının bant-derinlik oranının hesaplanması

    FATMA KOÇAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Fizik ve Fizik MühendisliğiGaziantep Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BEŞİRE GÖNÜL

  3. Tez No

    130905

    Effect of noise on mode-locked soliton pulse source

    Gürültünün mod-kilitli karışık soliton darbe kaynağı üzerine etkisi

    NURAN DOĞRU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. M. SADETTİN ÖZYAZICI

  4. Tez No

    47994

    Gain measurements via spontaneous emission in quantum well semiconductor lasers

    Kuvantum kuyulu yarıiletken lazerlerde kendiliğinden salım ile kazanç ölçümleri

    TALAL AZFAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1996

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    PROF.DR. ATİLLA AYDINLI

  5. Tez No

    180896

    Ensemble monte carlo simulation of quantum well infrared photodetectors

    Kuantum kuyulu kızılötesi fotodetektörlerin monte carlo modellemesi

    SEMA MEMİŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2006

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET TOMAK

    PROF. DR. CENGİZ BEŞİKÇİ

Geri Dön