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Pontos-quânticos:
Ivan Ramos Pagnossin
fotodetectores,localização-fraca e
estados de borda contra-rotativos
Assunto 1Assunto 2Assunto 3
Orientador: Prof. Dr. Guennadii M. Gusev
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
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.
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 (?)
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
Substrato(mm a mm)
Cre
scim
ento
Molecular Beam Epitaxy (MBE)axis = eixo
epi = acima
Feixe molecular
Crescimento epitaxial: MBE
Crescimento epitaxial: amostras
Cre
scim
ento
Substrato GaAs (001)
Cobertura
Pontos-quânticos
Buffer
Super-rede
Dopagem (Si)
Poço-quântico (QW)
Reg
ião-
ativ
a
Contatos ôhmicos
Amostra
Crescimento epitaxial: amostras
Gate: n e m
I = 0
I ≠ 0
Campomagnético
Técnicas: Shubnikov-de Haas
I ≠ 0V (B)V ms, ns
Técnicas: efeito Hall
I ≠ 0
VH (B)VH
Hal
l clá
ssic
o IQHE
, m n
Resultados: fotodetectores.
Assunto 1
Por quê empilhar?
Resultados: fotodetectores.
Assunto 1
Substrato
d-Si
QW
QDs (2 MC)
Superfície
Amostra #1
Amostra #5
Resultados: fotodetectores.
ns
ms
ns
ms
Assunto 1
Resultados: fotodetectores.
Conhecido
Conhecido
O empilhamento de QDs favorece o preenchimento do 2DES durante a iluminação... maior I fotogerada.
Assunto 1
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
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
Resultados: localização-fraca
Localização-fraca
Localização-fraca eInterações entre elétrons
Amostra 1,75 MC
Assunto 2
Amostra 1,75 MC
Resultados: localização-fraca
2DES-2DES e 2DES-QDs
Dresselhauss
Aee
Assunto 2
Resultados: localização-fraca
Amostra 1,75 MC
Aee
Assunto 2
Resultados: localização-fraca
2DES
tfTensão
mecânica
Assunto 2
Resultados: localização-fraca
2DES
tfTensão
mecânica
Assunto 2
Resultados: localização-fraca
2DES
tfTensão
mecânica
Assunto 2
Resultados: localização-fraca
2DES
tfTensãomecânica
A tensão mecânica reduz o espaço de fases dos quasi-eletrons do 2DES.
Assunto 2
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
Resultados: estados de borda contra-rotativos.
I
n
Assunto 3
Resultados: estados de borda contra-rotativos.
I
n
Assunto 3
Resultados: estados de borda contra-rotativos.
B (T)
R, R
H (
RK)
n = 1
n = 2
n = 3
VGS < 0
VGS = 0
Assunto 3
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!
Resultados: estados de borda contra-rotativos.
Substrato
Superfície
14 nm
Estados de borda contra-rotativos?
Assunto 3
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).
• 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
• Viagem à França, em 2007, por 2 meses e meio.
Outros
F I M
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.
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
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
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
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
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
GH = (N+m)(N+n)/N G = (N+m)(N+n)/m