Düşük boyutlu yarıiletken yapılarda sıcak elektronların enerji kayıp mekanizmalarının incelenmesi
An investigation of energy loss mechanism of hot electrons in low dimensional semiconductor structures
Yazar: GÖKHAN ALGÜN
Danışman: PROF. DR. ÇETİN ARIKAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2004
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, GaAs/AlGaAs çoklu kuvantum kuyulu yapılarda, sıcak elektronlarınenerji kayıp mekanizmalarının belirlenmesi üzerine çalışmalar yapıldı. Çalışmada farkılısayıda kuvantum kuyusuna sahip farklı çaplarda örnekler kullanıldı.Tüm örnekler, Metal Organik Buhar Fazında Epitaksi (MOVPE) tekniği ilebüyütülmüştür. İlk önce, taşıyıcı üzerine 1 Âµm kalınlığında aşırı katkılanmış GaAstabaka (3x1023 m-3) çökeltilmiştir. Daha sonra, katkısız AlxGa1-xAs bariyer simetrikolarak 3 safhada büyütülmüştür. i) alüminyum konsantrasyonunun 0'dan 0.25'e kadararttırıldığı 50nm kalınlığında eğimli bir tabaka, ii) 0 ile 10 arasında 3.5nm genişliğindeGaAs kuvantum kuyuları içeren yaklaşık 204nm genişliğinde merkezi Al0.25Ga0.75Asbariyer bölgesi, iii) alüminyum konsantaryonunun 0.25'den 0'a kadar düşürüldüğü50nm kalınlığında ikinci eğimli tabaka. Son olarak da, 1Âµm kalınlığında aşırıkatkılanmış GaAs tabaka (3x1023 m-3) çökeltilmiştir. Örnekler, 100 ile 800Âµm arasındadeğişen çaplarda üretilmiştir.Elektronların transportu yapının büyütülme doğrultusuna paralel olduğundan, örneklerinçalışma prensibi dikey transporta dayanmaktadır.Yapıların herbir serisinde, dc karakterde, düşük sabit voltajlarda sıcaklığın fonksiyonuolarak akım (I-T), sabit sıcaklıklarda (4.2K'den oda sıcaklığına kadar) uygulananvoltajın fonksiyonu olarak akım (I-V) ve geometriksel magnetodirenç ölçümleri yapıldı.Deneyler esnasında voltaj örneklerin üst ve alt kontakları arasına uygulandı.Akım-voltaj eğrileri termal ve tünelleme akımlarının katkıları hakkında bilgi verirkenakım-sıcaklık eğrileri bariyer yüksekliği hakkında bilgi vermektedir. Geometrikselmagnetodirenç ölçümleri de, elektronların mobiliteleri hakkında bilgi vermektedir.Elektriksel ölçümlerin sonuçları enerji kayıp mekanizmalarını belirlemek için kullanıldı.Kuvantum kuyusu sayısının, örnek çapının ve sıcaklığın enerji kayıp mekanizmalarıüzerindeki etkisi incelendi.Sonuçlar literatürdeki sonuçlar ile karşılaştırılarak yorumlandı.

Abstract:
In this study, energy loss mechanisms of hot electrons were studied in GaAs/AlGaAsmultiquantum well structures. In the experiments, the samples which contain differentnumber of wells and have different diameters have been used.All samples were grown by Metal Organic Vapour Phase Epitaxy (MOVPE). First, a1Âµm heavily doped GaAs layer (3x1023 m-3) was deposited on the substrate. Theundoped, symmetrical, AlxGa1-xAs barrier was then grown in three stages; i) gradedlayer with x increasing from 0 to 0.25 over 50nm, ii) central Al0.25Ga0.75Al barrierregion about 204nm wide containing betwenn 0 to 10 with 3.5nm GaAs quantum wells,iii) second graded layer with x decreasing from 0.25 to 0 over 50nm. Finally, a 1Âµmheavily doped GaAs layer (3x1023 m-3) was deposited. The samples were fabricatedwith different diameters in the range 100-800Âµm.The operation principal of the samples is based on vertical transport because of thetransport of electrons parallel to the growth direction of the structures.The dc characteristic, current as a function of temperature (I-T) at low fixed voltages,current as a function of applied voltage (I-V) at a fixed temperatures (from 4.2K toroom temperature) and geometric magnetoresistance were measured for a series ofstructures. During the measurements the voltage was applied between top and bottomcontacts of the samples.The I-T curves yielded information about the barrier height while the I-V curvesdetailed information about the relative contributions of thermal and tunneling currents.The geometric magnetoresistance measurements yielded information about the mobilityof electrons.The results of electrical experiments were used to determine energy loss mechanisms.The number of the quantum wells, diameter of the samples, and the temperature effectswere investigated on the energy loss mechanisms.Results were compared with literature and discussed.