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Pontos-quânticos: Ivan Ramos Pagnossin fotodetecto res, localização- fraca e estados de borda contra- rotativos Assunto 1 Assunto 2 Assunto 3 Orientador: Prof. Dr. Guennadii M. Gusev

Defesa da tese de dourado

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Page 1: Defesa da tese de dourado

Pontos-quânticos:

Ivan Ramos Pagnossin

fotodetectores,localização-fraca e

estados de borda contra-rotativos

Assunto 1Assunto 2Assunto 3

Orientador: Prof. Dr. Guennadii M. Gusev

Page 2: Defesa da tese de dourado

O porquê dos temas...

Fotodetectores de infravermelho baseado em pontos-quânticos.Localização-fracaEstados de borda contra-rotativos

Vantagens sobre detectores baseados em poços-quânticos [J. Jiang et al, 2004]:

1. Sensível à radiação que incide normalmente;(confinamento tridimensional)

2. Maior responsividade;(tempo de vida dos elétrons fotogerados)

3. Trabalha em temperaturas mais elevadas [eg., A. Sergeev et al, 2002].(menor corrente de escuro)

4. Emissões em 1,3 e 1,5 mm [M. J. da Silva et al, 2003]

Assunto 1Assunto 3

O empilhamento de camadas tensionadas NÃO degrada progressivamente as mobilidades do 2DES

Page 3: Defesa da tese de dourado

O porquê dos temas...

Fotodetectores de infravermelho baseado em pontos-quânticos.Localização-fracaEstados de borda contra-rotativos

2. tf (limite quântico);3. tso (spintrônica).

A idéia inicial:1. Aprofundar nossos conhecimentos sobre o efeito da tensão sobre o 2DEG

[I. R. Pagnossin et al, 2005]

Assunto 2Assunto 1

A tensão mecânica reduz o espaço de fases dos quasi-elétrons do 2DES.

Page 4: Defesa da tese de dourado

O porquê dos temas...

Fotodetectores de infravermelho baseado em pontos-quânticos.Localização-fracaEstados de borda contra-rotativos

Assunto 3

A idéia inicial era... “existe FQHE em bicamadas com antipontos-quânticos?”mas... encontramos estados de borda contra-rotativos ?

Previstos teoricamente por Johnson et al em 1992...mas não observado até agora!

Existem estados de borda contra-rotativos (?)

Page 5: Defesa da tese de dourado

Crescimento epitaxial: MBE

Molecular Beam Epitaxy (MBE)epi = acima

axis = eixoFeixe molecularMolecular Beam Epitaxy (MBE)Molecular Beam Epitaxy (MBE)Molecular Beam Epitaxy (MBE)

axis = eixo

epi = acima

Page 6: Defesa da tese de dourado

Substrato(mm a mm)

Cre

scim

ento

Molecular Beam Epitaxy (MBE)axis = eixo

epi = acima

Feixe molecular

Crescimento epitaxial: MBE

Page 7: Defesa da tese de dourado

Crescimento epitaxial: amostras

Cre

scim

ento

Substrato GaAs (001)

Cobertura

Pontos-quânticos

Buffer

Super-rede

Dopagem (Si)

Poço-quântico (QW)

Reg

ião-

ativ

a

Page 8: Defesa da tese de dourado

Contatos ôhmicos

Amostra

Crescimento epitaxial: amostras

Gate: n e m

I = 0

I ≠ 0

Campomagnético

Page 9: Defesa da tese de dourado

Técnicas: Shubnikov-de Haas

I ≠ 0V (B)V ms, ns

Page 10: Defesa da tese de dourado

Técnicas: efeito Hall

I ≠ 0

VH (B)VH

Hal

l clá

ssic

o IQHE

, m n

Page 11: Defesa da tese de dourado

Resultados: fotodetectores.

Assunto 1

Por quê empilhar?

Page 12: Defesa da tese de dourado

Resultados: fotodetectores.

Assunto 1

Substrato

d-Si

QW

QDs (2 MC)

Superfície

Amostra #1

Amostra #5

Page 13: Defesa da tese de dourado

Resultados: fotodetectores.

ns

ms

ns

ms

Assunto 1

Page 14: Defesa da tese de dourado

Resultados: fotodetectores.

Conhecido

Conhecido

O empilhamento de QDs favorece o preenchimento do 2DES durante a iluminação... maior I fotogerada.

Assunto 1

Page 15: Defesa da tese de dourado

Resultados: fotodetectores.

O empilhamento de QDs melhora as mobilidades:1. Devido a ns?

2. Acúmulo da tensão mecânica?

Em qualquer caso, o empilhamento nãonecessariamente prejudica ms

Assunto 1

Page 16: Defesa da tese de dourado

Super-redeAlAs/GaAs

SubstratoGaAs (001)

BufferDopagem planar

Poço-quântico(canal de condução)

Cobertura(~1017 cm-3)

Barreira

Pontos-quânticosSpacer

1mm

Assunto 2

Resultados: localização-fraca

1,50 MC 1,75 MC

2 MC 2,50 MC

2000 Å

Page 17: Defesa da tese de dourado

Resultados: localização-fraca

Localização-fraca

Localização-fraca eInterações entre elétrons

Amostra 1,75 MC

Assunto 2

Page 18: Defesa da tese de dourado

Amostra 1,75 MC

Resultados: localização-fraca

2DES-2DES e 2DES-QDs

Dresselhauss

Aee

Assunto 2

Page 19: Defesa da tese de dourado

Resultados: localização-fraca

Amostra 1,75 MC

Aee

Assunto 2

Page 20: Defesa da tese de dourado

Resultados: localização-fraca

2DES

tfTensão

mecânica

Assunto 2

Page 21: Defesa da tese de dourado

Resultados: localização-fraca

2DES

tfTensão

mecânica

Assunto 2

Page 22: Defesa da tese de dourado

Resultados: localização-fraca

2DES

tfTensão

mecânica

Assunto 2

Page 23: Defesa da tese de dourado

Resultados: localização-fraca

2DES

tfTensãomecânica

A tensão mecânica reduz o espaço de fases dos quasi-eletrons do 2DES.

Assunto 2

Page 24: Defesa da tese de dourado

Resultados: estados de borda contra-rotativos.

Substrato

AlGaAs GaAs

5 nm

Supe

rfíc

ie

d1

20 nm

90 nm

d2

1ª “sub-banda” 2ª “sub-banda”

Assunto 3

14 nm

Ouro

PMMA

Antipontos

QDs

Page 25: Defesa da tese de dourado

Resultados: estados de borda contra-rotativos.

I

n

Assunto 3

Page 26: Defesa da tese de dourado

Resultados: estados de borda contra-rotativos.

I

n

Assunto 3

Page 27: Defesa da tese de dourado

Resultados: estados de borda contra-rotativos.

B (T)

R, R

H (

RK)

n = 1

n = 2

n = 3

VGS < 0

VGS = 0

Assunto 3

Page 28: Defesa da tese de dourado

Resultados: estados de borda contra-rotativos.

B (T)

RH (

RK)

n = 2

VGS = -0,6 V

-0,8 V

-0,7 V

Assunto 3

4 terminais!

N e M não interagem!

Page 29: Defesa da tese de dourado

Resultados: estados de borda contra-rotativos.

Substrato

Superfície

14 nm

Estados de borda contra-rotativos?

Assunto 3

Page 30: Defesa da tese de dourado

Eventos

• 13th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Weak localization and interaction effects in GaAs/InGaAs heteroestructures with nerby quantum-dots, 2007 (São Paulo);

• 28th International Conference on the Physics of Semiconductors, Quantum Hall effect in bilayer system with array of antidots, 2006 (Áustria);

• 12th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Scattering processes on a quasi-two-dimensional electron gas in GaAs/InGaAs selectively doped quantum wells with embedded quantum dots, 2005 (São José dos Campos);

• 12th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, The influence of strain fields around InAs quantum-dots on the transport properties of a two-dimensional electron gas confined in GaAs/InGaAs wells, 2005 (São José dos Campos);

• XVIII Encontro Nacional de Física da Matéria, Idem ao anterior, 2005 (Santos);• XVII Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, A influência de pontos-

quânticos de InAs sobre a mobilidade quântica de gases bidimensionais de elétrons confinados em poços-quânticos de GaAs/InGaAs seletivamente dopados, 2004 (Poços de Caldas).

Page 31: Defesa da tese de dourado

• I. R. Pagnossin, G. M. Gusev, N. M. S. Choque, A. C. Seabra, A. A. Quivy, T. E. Lamas e J.-C. Portal, Quantum Hall effect in bilayer system, Proceedings da International Conference on the Physics of Semiconductors, Austria (2006);

• I. R. Pagnossin, A. K. Meikap, T. E. Lamas e G. M. Gusev, Weak-localization and interaction effects in GaAs/InGaAs heterostructures with nearby quantum-dots, Brazilian Journal of Physics 37-4b (2007);

• I. R. Pagnossin, E. C. F. da Silva e G. M. Gusev, An evidence of counter-rotating edge-states on a double-quantum-well structure [em produção];

• I. R. Pagnossin, E. C. F. da Silva e G. M. Gusev, Scattering processes on a quasi-two-dimensional electron gas in GaAs/InGaAs selectively doped quantum wells with embedded quantum-dots [em produção].

Artigos

Page 32: Defesa da tese de dourado

• Viagem à França, em 2007, por 2 meses e meio.

Outros

F I M

Page 33: Defesa da tese de dourado

1. Crescimento epitaxial:a. MBE;b. heteroestruturas;c. amostras;

2. Pontos-quânticos:a. auto-formados;b. litográficos;

3. Técnicas e métodosa. Efeito Hall clássico e quântico;b. Shubnikov-de Haas;c. Localização-fraca;d. Landauer-Büttiker.

Page 34: Defesa da tese de dourado

beginrate GaAs 0.704rate InGaAs 0.998grow GaAs 500open Siwait 10close Sigrow GaAs 70grow InGaAs 100grow GaAs 80end

BC

BV

SubstratoGaAs(001)

Nível doador

500 Å 70 Å

InG

aAs

100

Å

80 Å

Cre

scim

ento

Page 35: Defesa da tese de dourado
Page 36: Defesa da tese de dourado

A liga de InAs sobre GaAs:Crescimento sob tensão

aGaAs = 5,65 Å

aInAs = 6,08 Å

Substratode GaAsFilme

tensionado de InAs

Filme não tensionado

de InAs Tensão a Espessura, dInAs

dInAs

Page 37: Defesa da tese de dourado

Pontos-quânticos de InAs auto-organizados

dInAs 2.5 MC Introdução de defeitos nos QDs maiores

dInAs > 3.0 MC Filme contínuo cheio de defeitos

dInAs 2.1 MC Aumento da densidade e tamanho dos QDs

dInAs < 1.5 MC Crescimento 2D Substrato

Camada de InAs

dInAs 1.5 MC Formação dos primeiros QDs

Pontos-quânticos

Page 38: Defesa da tese de dourado

Imagens de AFM

1,50 MC 1,75 MC

2 MC 2,50 MC

2000 Å

0

50

100

15020 40 60 80

20 40 60 80

0

10

20

30

20 40 60 800

10

20

20 40 60 800

20

40

60

80

1,5 MC 1,75 MC

2 MC 2,5 MC

PQDs GQDs

Q3Ds

Q3Ds GQDs

PQDs

PQDs

GQDs

PQDs

GQDs

Altura (Å)

Den

sida

de d

e Q

Ds

(mm

-2)

Histograma de alturas

Page 39: Defesa da tese de dourado

ss h

en 2

0,5 1 1,5 2

Concentração, ns (1012 cm-2)

|FH(n

s)|

0,50,1 1

Limite inferior da janela Hanning, t1 (T-1)

ln |

F H(n

k)|

0,50,1 1

1/B (T-1)

Der

ivad

a se

gund

a de

Vxx

t1 t1 t1 t1 t1

Janela Hanning

kk

ktg

q

kn

Page 40: Defesa da tese de dourado
Page 41: Defesa da tese de dourado

GH = (N+m)(N+n)/N G = (N+m)(N+n)/m