Низкоразмерные электронные состояния и эффекты в квантовых структурах на основе полупроводников AIVBVI и висмута
|
СтатусДиссертация была зашищена 18 сентября 2006Утверждена Национальным Советом 26 октября 2006 Автореферат – 0.28 Mb / на румынском – 0.30 Mb / на русскомДиссертацияCZU 538.91:[539.21:537.311.322]
|
Ключевые слова
гетеропереход, нанонить, электронные состояния, размерно-квантовый эффект, магнитофотогальванический эффект, эффект Ааронова-Бома, переход полуметалл-полупроводник, анизотропия, PbTe/Pb1-xSnxTe, Bi, Bi2Te3, двухзонное kp приближение, коэффициент Зеебека, коэффициент термоэффективности.Аннотация
Целью диссертации является исследование электронных состояний и их влияние на физические свойства гетероперехода PbTe/Pb1-xSnxTe, нанонитей Bi и Bi2Te3. Был проведен сравнительный анализ приграничных состояний в рамках двухзонной модели линейного и ступенчатого гетероперехода. Установлено, что существует прямая аналогия между значениями энергии приграничных состояний и соответствующими волновыми функциями полученных в различных моделях, независимо от выбора граничных условий на интерфейсе. Был изучен нергетический спектр и волновые функции электронных состояний в двухзонной модели линейного и резкого гетероперехода PbTe/Pb0.88Sn0.12Te в параллельном магнитном поле с учетом индуцированной поляризации в слоях. Установлено, что параллельное магнитное поле приводит к нарушению инверсии энергетического спектра носителей заряда E(-k)≠E(k) в напряженном гетеропереходе. Рассчитан бездиссипативный магнитофотогальваничесийй ток в плоскости интерфейса гетероперехода. Был развит метод анизотропной эффективной массы для аналитического расчета энергетического спектра и волновых функций носителей заряда в цилиндрических нанонитях висмута с бесконечно высоким потенциальным барьером на поверхности. Было показано, что движение носителей заряда с анизотропной эффективной массой ограничено эллиптическими или гиперболическими каустиками. Анизотропия массы приводит к орбитальному расщеплению энергетических подзон и усилению эффекта размерного квантования. В результате, переход полуметалл-полупроводник появляется при больших значениях диаметра нанонитей, чем предсказано ранее в квази-изотропной модели. Используя метод эталонной задачи и метод конечных разностей, был исследован энергетический спектр и волновые функции носителей заряда в нанонитях висмута в слабом продольном магнитном поле. Установлено, что в зависимости от способа распространения носителей в поперечном сечении нанонити висмута состояния носителей заряда можно разделить на поверхностные, кольцевые, гиперболические каустические состояния и состояния гармонического. Найдена формула периода нецелочисленного квантования магнитного потока из интервала (1÷4.2) Фо в нанонитях висмута ∆Ф=ФоS/Sec где S – площадь поперечного сечения нанонити, Sec- площадь ограниченная эллиптической каустикой кольцевых состояний, Фо=h/e- квант магнитного потока. Было исследовано влияние радиального электрического поля на термоэлектрические свойства нанонитей теллурида висмута с различным типом проводимости. Получено, что внешнее радиальное электрическое поле увеличивает коэффициент термоэффективности ZT примерно в два раза в нелегированных нанонитях.
Полученные результаты опубликованы в 19 научных работах. Диссертация написана на русском языке, содержит 95 страниц текста, 47 рисунков, 4 таблицы и 217 литературных ссылок.
Содержание
- 1.1 Гетероструктуры на основе полупроводниковых соединений AIVBVI
- 1.1.1 Кристаллическая и электронная структура
- 1.1.2 Упругая деформация
- 1.1.3 Влияние магнитного поля на энергетический спектр
- 1.1.4 Фотогальванический и магнитофотогальванический эффект
- 1.1.5 Приготовление и применение
- 1.2 Полуметаллические нанонити из висмута
- 1.2.1 Приготовление и применение
- 1.2.2 Кристаллическая и электронная структура
- 1.2.3 Осцилляции продольного магнитосопротивления в нанонитях Bi
- 1.3 Полупроводниковые нанонити из теллурида висмута
- 1.3.1 Приготовление и применение
- 1.3.2 Кристаллическая и электронная структура
- 1.3.3 Физические свойства
- 1.3.4 Влияние внешнего электрического поля на термоэлектрические
- свойства
ГЛАВА 2. Влияние граничных условий на приграничные состояния в гетеропереходе на основе полупроводников AIVBVI
- 2.1 Введение
- 2.2 Гамильтониан задачи
- 2.2.1 Линейный гетеропереход
- 2.2.2 Ступенчатый гетеропереход
- 2.3 Сравнительный анализ численных расчетов
- 2.4 Заключение
ГЛАВА 3. Влияние параллельного магнитного поля на электронные состояния в
напряженном гетеропереходе PbTe/Pb0.88Sn0.12Te
- 3.1 Учет влияния поляризационных полей
- 3.2 Гамильтониан задачи
- 3.2.1 Напряженный линейный гетеропереход
- 3.2.2 Напряженный резкий гетеропереход
- 3.3 Магнито-фотогальванический эффект
- 3.4 Заключение
ГЛАВА 4. Размерное квантование и переход полуметалл-полупроводник в нанонитях висмута с учетом анизотропии массы
- 4.1 Модель анизотропной эффективной массы носителей заряда
- 4.2 Результаты численных расчетов
- 4.3 Сравнительный анализ квази-изотропной модели
- 4.4 Особенности движения носителей заряда
- 4.5 Переход полуметалл-полупроводник
- 4.6 Заключение
ГЛАВА 5. Размерное квантование в нанонитях висмута с учетом анизотропии массы в продольном магнитном поле
- 5.1 Введение
- 5.2 Аналитическое и численное решение уравнения Шредингера
- 5.3 Осцилляции плотности состояний
- 5.4 Обсуждение результатов
- 5.5 Заключение
ГЛАВА 6. Влияние радиального электрического поля на термоэлектрические свойства нанонитей теллурида висмута
- 6.1 Полевой эффект на нанонити из биполярного полупроводника Bi2Te3
- 6.1.1 Модель
- 6.1.2 Метод численного расчета
- 6.1.3 Локальная зависимость термоэлектрических характеристик
- 6.1.4 Зависимость термоэлектрических характеристик от напряжения на затворе
- 6.2 Полевой эффект на нанонити из монополярного полупроводника Bi2Te3
- 6.2.1 Нанонить теллурида висмута n–типа
- 6.2.2 Нанонить теллурида висмута p–типа
- 6.3 Заключение
Официальные оппоненты
- Anatolie Casian
доктор хабилитат, профессор - Lenar Taghirov
doctor habilitat în ştiinţe fizico-matematice, profesor universitar, Universitatea de Stat din Kazani, Rusia
Диссертации
