InGaAs量子阱中二维电子气的输运特性

来源 :中国科学院上海技术物理研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:diliwer3
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晶格匹配的InP基InGaAs/InAlAs、InGaAs/InP高电子迁移率晶体管具有高的二维电子气浓度和迁移率,在毫米波和亚毫米波器件方面具有广阔的应用前景。磁输运测试不仅可以用来确定半导体材料的载流子浓度、迁移率、散射机理等输运特性,而且在深低温条件下还可以用来研究电子的自旋特性。本论文主要通过低温磁输运测试研究了两个子带占据的InGaAs/InAlAs量子阱中二维电子气的输运特性、散射机理,同时还分析了单子带占据的InGaAs/InP量子阱中电子的自旋分裂特性(包括自旋—轨道耦合和Zeeman效应),得到的主要结果如下:   1.考虑了两个子带之间的散射效应后,发展了一种拟合快速傅立叶变换结果的方法来研究两个子带占据二维电子气的输运特性,并获得了每个子带电子的输运参数。通过分析输运散射时间与量子散射时间的比值,得到第一子带电子受到更强的小角散射,低温下这一小角散射的主要来源是电离杂质散射。同时,还分析了两个子带占据的InGaAs/InAlAs量子阱中的二维电子气朗道能级的填充情况,结果表明即使在电子自旋简并的情况下两个子带占据二维电子气的填充因子仍然会出现奇偶相间的变化。   2.实验上发现了在低磁场下两个子带占据的InGaAs/InAlAs量子阱中存在正磁电阻效应。分析表明,这一正磁电阻效应主要是由于这两个子带电子的输运迁移率不同所致。在考虑了子带之间的散射效虑后,通过分析低磁场的正磁电阻效应,得到了第一、第二子带电子的迁移率以及与迁移率相关的散射矩阵元,结果表明子带问的散射使得第二子带电子的迁移率高于第一子带电子的迁移率,同时还表明该体系中二维电子气还受到合金无序散射。   3.计算了两个子带占据InGaAs/InAlAs量子阱结构中每个子带电子的电离杂质散射与合金无序散射迁移率。在计算的过程中,考虑了子带之间的散射和屏蔽效应,结果得到子带之间散射主要影响第一子带电子迁移率,而第二子带电子迁移率主要受到来自子带内散射的影响。研究还表明第二子带电子迁移率主要由电离杂质散射决定,而第一子带电子迁移率受电离杂质散射和合金无序散射共同作用。   4.分析了不同栅压条件下单子带占据的InGaAs/InP量子阱结构中电子的自旋分裂效应。在这一体系中存在较大的Zeeman分裂,而在实验上观察到的拍频效应表明存在Rashba自旋分裂。针对这一情况,提出了用拟合傅里叶变换结果的方法来研究Rashba自旋—轨道耦合和Zeeman效应同时存在的电子自旋分裂,得到了有效g因子的相关参数(g0、g1)以及Rashba自旋—轨道耦合因子。
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