>>

АВТОРЕФЕРАТ

МОЛДАВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫ УНИВЕРСИТЕТ

Специализированны* совет К 062.01.04 до физико-математическим наукам

На правах рукописи УДК 621.315.592

КАЛИНОВСКИЙ ВЛАДИСЛАВ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

ПРОЯВЛЕНИЕ ЭЛНСГРОН-ФОНОННОГО ВЗАШОДЙСТВИЯ В ЭЛЕКТРОННЫХ И ЭКСОТОННЫХ СОСТОЯНИЯХ , ПОГЛОЩЕНИИ СВЕТА И РАССЕЯНИИ СВОБОДНЫХ НОСИТЕЛИ В ПОЛЯРНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУРАХ

01.04.02 - теоретическая физика

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Кишинёв - 1992 Работа выполнена на кафедре теоретической физики Молдавского государственного университета

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ: член-корреспондент АН РМ, доктор

физико-математических наук, профессор Е.П.Покатклов,

\ t

доктор физико-математических наук профессор С.И.Берил

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ШПОНЕКШ:

Главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук Перельман Н.Ф.

Главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук Хаджи П.И.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Кишиневский политехнический институт

Защита диссертации состоится " " 1992 г.

в

часов на заседании специализированного ученого совета К 062. 01.04 по присуждение ученой степени кандидата физико-математических наук в Молдавском государственном университете по адре-су: 277003, г.Кишинев, ул. А.Матеевича, 60.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке университета.

Автореферат разослан " " 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат физико-математических доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Развитие электроники последних десятилетий вызвало необходимость исследования физических объектов новой природы; квазидвумерных систем (тонких полупроводниковых пленок), многослойных структур, содержащих полупроводниковые, диэлектрические и металлические слои, периодических структур с квантовыми ямами, полупроводниковых сверхрешеток.

Бурный рост как теоретического, так и экспериментального интереса к таким объектам связан также с достижениями технологии молекулярно-лучевой эпитаксии в ультраьысоком вакууме,' металл-органической эпитаксии из газовой фазы и др., позволяющих получать пленки и границы предельно высокого качества.

В частности возникла необходимость в последовательном описании электронных и электрон-дырочных состояний с учетом перестройки как электронного так и колеба-тельного спектров ограниченных кристаллов. Это обуславливает необходимость построения теории поляронных и поляронных- экситонных состояний принимающей во внимание эффекты размерного квантования спектра носителей заряда, перенормировки энергии и массы частиц вследствии взаимодействия с поляризационными колебаниями (поляронный эффект), специфические ку- лоновские эффекты, обусловленные существованием границ (изменение вида электрон-дырочного взаимодействия для экситонов, силы изображения).

, При исследовании кинетических явлений в полярных полупроводниковых квантово-размерных структурах представляет интерес наряду.с учетом перестройки электронного спектра выявление роли перестройки фононного спектра в подобных явлениях .

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

построение теории электронных и экситонных возбуждений в полярных пленках на различных подложках с учетом перенормировки электронного и колебательного спектра;

анализ проблемы поляронного экситона в композиционных сверхрешетках;

исследование влияния квантующего магнитного поля на поляронные экситонные состояния в размерных органических

.кристаллах;

описание на основе теории, учитывающей размерный квантовый эффект и перенормировку фононного спектра процессов рассеяния в структурах с квантовыми ямами и инверсионных ка-налах НдП структур;

разработка теории поглощения ИК-света свободными носителями заряда в квантовых ямах при участии полярных оптических фононов с учетом перестройки электронного и фононного спектров.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

Роль поверхностны* ¦ объёмных поляронных. вкладов р рамках единого формализма а задаче полярона.

Установление немонотонности зависимости поляронных вкладов в энергию и массу диамагнитного экситона в зависи-мости от индукции магнитного поля в многослойных структурах с квантовыми ямами.

Теория экситонных состояний Ванье-Мотта.

Вывод выра-жения для эффективного потенциала электрон-дырочного взаимодействия в структурах с квантовыми ямами в сверхрешетках .Анализ роли различности вкладов в экспериментально наблюдаемую величину - энергию фотона, генерирующего экситон.

Последовательная квантовая теория рассеяния с учетом перенормировки электронного и фононного спектров.

Положение о возможности доминирования поверхностных полярных оптических фононов в процессах рассеяния свободных носителей поглощения света в квантовых ямах. Вывод о сложной структуре линии фотон-фононного резонанса.

Применение механизма рассеяния фононов для объяснения. экспериментов по подвижности в инверсионных каналах ВДЛ-структур.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

Предсказана немонотонность размерной зависимости фононних вкладов в энергию связи полярона ьтонкой пленке полярного кристалла.

Построена теория экситонных состояний Ванье-Мотта в структурах с квантовыми ямами и сверхрешетках * позволяющая провести последовательнкй анализ всех вкладов в эксперимент

тально набліодаемую величину - энергию фотона генерирующего эксйтон и описать качественно и количественно следующие экспериментальные результаты:

а! р.пяктпы акпитпннпгп поглощения в сверхтонких Пленках

б) ппектпы ппглпшения в пяямерно-квантованных пленках

Построена теория поляронных экситонных состояний диа-магнитного экситона. В качестве предельных случаев теория имеет известные результаты и монет быть использована для интерпритации магнетооптических экспериментов.

Проанализированы размерная зависимость и зависимость от параметров соседних сред коэффициента рассеяния и коэффициента релаксации импульса носителей заряде.

Результаты получены на базе гамильтониана построенного путем последовательного выделения колебательных мод в размерноограничен- ной системе. Предсказана возможность усиления и подавления рассеяния носителей на оптических фононах в тонких пленках за счет подбора параметров подложки. Для ЦДЛ-структуры пред- ловена теория позволяющая получить описание основных экспериментальных результатов по поведению подвижности.

Для вероятности и коэффициента поглощения ИК-света свободными носителями заряда в структурах с квантовыми яма-ми при неупругом рассеянии на полярных оптических фононах получены корректные размерные зависимости и указано на су-ществование сложной структуры линии фотон-фононного резонанса.

АГГОРОБАЦИЯ РАБСШ. Материалы диссертации докладывались и обсуждались: на ХШ Всесоюзном совещании по теории полупроводников (Ереван, 1987), на У Всесоюзной конференции "Тройные полупроводники" и их применение" (Кишинев - Верховина, 1967), на ХІУ Всесоюзном Шекероьском) совещании по теории полупроводников (Донецк, 1969), на ХШ Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Киев, 1990), на Ш Всесоюзная конференция по физике и технологии тонких пленок (Ивано-Франковск, 1990), на XI Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Кишинев, 1988). Результаты исследований докладывались и обсуждались на

научных семинарах Института прикладной физики АН РМ: лаборатории теории полупроводников и квантовой кинетики, отдела теории полупроводников и квантовой электроники, международной лаборатории по сверхпроводимости и твердотельной электронике, а также научных семинарах лаборатории физики многослойных структур Молдавского госуниверситета, кафедры теоретической механики Кишиневского политехнического института.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 18 работ, перечисленных в конце автореферата.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из одной вводной и трех оригинальных глав,изложенных на ВД страницах машинописного текста, включая Z5 рисунков и библиографию из 122 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во вводной главе диссертации изложены используемые подходы к рассмотрению инерционных и безинерционных поляризационных колебаний. Также описан способ учета перенормировки спектра электронов и дырок в размерно-ограниченных системах и применяемые в дальнейшем методы теории твердого тела: Ли-Лоу-Пайнса, Хакена, Майера, Горького-Дзялошинского и другие.

В первом параграфе первой главы приведены потенциалы самовоздействия для заряда в центральном слое 3-х слойной гомеополярной структуры (боковые слои полубесконечные) и для композиционной сверхрешетки.

Второй параграф посвящен проблеме взаимодействия электрона с фононными колебаниями в полярной пластике конечной толщины. Анализ проводится с помощью модифицированного метода Ли-Лру--Пайнсв. Специфика рассматриваемой задачи в ограни-чении движения вдоль оси I . Если движение электрона вдоль, оси 2 достаточно медленное,выбор вариационных амплитуд фо-нонних мод осущес~""°'"""а "

(слабая електрон-фононная связь по оси і ), в противном случае

(промежуточная электрон-фононная связь по оси Ї ).

В обоих случаях из условия экстремальности аффективной анергии найдены явные формы и выражение для полно!

энергии

* Ет(<0 = tEfVv> + Ej? +ЕС6 (2)

•р.». -Ч " , аг

tpk - вклады от объемных и поверхностных мод соответ-ственно, а Еса _ энергия самовоздействия.Установлено, что основные особенности поведения полной энергии поляроне и вкладов в нее состоят в следующем:

энергия связи полярона в пластике полярного кристалла может существенно превышать значения в объемном материале и явно зависит от параметров сред, граничащих со слоем локализации;

в области малых толщин(о|$ 1.0-г 1.S нм Д®я QaAs") поверхностные поляронные вклады превалируют над объемными;

энергия связи полярона в зависимости от толщины может носить немонотонный характер.

Далее численно анализируются результаты и критерии выбора адекватной модели силы связи для различных полярных материалов .

В третьем параграфе были рассмотрены полярные экситон- ные состояния в полярной пластине. Экситон-фононный гамиль- тонит 3-х слойной системы берется в веде

И -КМУы+НЙ?) + UT + НрГ ' (3)

где Н = Р( /гт *

Voi - V0(г0 - потенциальные барьеры на границах слоев,полагаемые бесконечно высокими, Ut - потенциальная энергия электрона и дырки, находящихся в среднем слое

Ит(л Д) = U(?t,V) + Цсб(НеЛ) < >

описывает непосредственное взаимодействие електрона и дырки

U СП ,7ц) = У»} ЛoC-j evpl-т Uc-Zb\] *

4 2 [< х ) - S.Sj] 1 [г, Б"5C^ ft, - Eh) + exp (^d) -

Здесь. Z( , ^ - 3-х мерный и 2-х мерный (впл.ХОУ) радиус вектора электрона (і-є ) и дырки (і=Ц) , S"m=C?j-?mV^4+fm)

№=<,5 і ?,,?г Еь - диэлектрические (безинерционные) проницаемости соответствующих сред.

Uсб ~ суммарная энергия самовоэдействия электрона и дырки. Взаимодействие с динамической поляризацией С Н[У_'рь ) учитывается в предельном случае Хакена(йе<> С^ь*0 ) Движение электрона и дырки вдоль Z учитывается через зависимость вариационных амплитуд от волновых функций электрона, И дырки. После решения Хакеновской задачи полученная вариационная энергия системы включает слагаемые 2-х типов зонные и экситонные

<№!Mf,Cp)|lf(p)> = E^x.d) + Ег(<») (6)

ЧЧр) = 2x'exp(-p/V> (7)

X - вариационный параметр

содержит вклады от энергии электрон-дырочного взаимодействия учитывающие изменение геометрии задачи и изменение экранировки безинерционной поляризации, размерный эффект ослабления инерционной экранировки. Ег содержит вклады от размерного квантования, самовоэдействия, поляронного эффекта.

В слунае анализа такой структуры как пленки Сс|Те на подложке Mq Рг дополнительно учтены следующие факторы:

4-х краіное вырождение валентной зоні зависимость масс электрона и дырки от толщины пленки (эффект непараболичности), номера уровня размерного квантования;

изменение характера локализующего потенциала по оси (вследствии утяжеления дырки).

Развитая в 1-ой главе теория позволила проанализировать спектры экситонного поглощения и люминяеценции на основе расчета экспериментально наблюдаемой величины - кванта:, генерирующего экситон. Согласие теории и эксперимента достигается только при учете всех размерно зависимых вкладов перечисленных выше.

иіиириривание че'инии ішверхниитнии миды эквивалентно ідля сильно полярных материалов) игнорированию основного канала диссипации энергии;

величины диэлектрических проницаемостей сред соседних со слоем локализации электронов оказывают существенное влияние вплоть до полного подавления процесса с участием поверхностных мод;

линия фотон-фононного резонанса имеет слогную , структуру 1. в силу наличия различных по резонансной частоте каналов рассеяния.

ВЫВСДЫ

Получены выражения для энергии связи поляроне в размерно ограниченной объемной пластине. Принципиально важным оказывается учет различных фононных їЛод в рамках единого формализма, что отражает реальную ситуацию, когда вклады различных мод одного порядка.

Построена теория экситонных состояний Ванье-Мотта в размерно ограниченных структурах с учетом ряда эффектов. Результаты теории согласуются с экспериментом только при учете всех факторов.

Получено точное выражение потенциала электрон-дырочного взаимодействия с учетом безинерционного и динамического экранирования. Установлена неадекватность модели двумерного кулоновского экситона для описания экситонных эффектов в квантовых ямах.

Т іески описана реальная система пленки

на

подложке

для чего принят во внимание ряд характерных

факторов: вырождение валентной зоны

зависимость масс

зонных носителей от Толщины пленки и номера уровня размерного квантования. Построена экспериментально наблюдаемая величина - энергия кванта, генерирующего экситона. Теория согласуется с экспериментом.

В пределе сильного магнитного поля построена теория поляронных экситонных состояний в КРС. Получено•выражение для эффективного электрон-дырочного потенциала в случае наличия сильного магнитного поля в пределе Хакена. Показана немонотонность фононных вкладов в энергию и массу. Теория может быть использована для интерпретации магнетооптических экспериментов. ¦

Развита теория рассеяния в структурах с йвантовыми ямами с учетом перенормировки фононного спектра.Обсужден вопрос корректности различных приближений в решении задачи. Показана необходимость учета точного ввда электрон-фононного взаимодействия при описании данной задачи.

Показана роль учета перенормировки фононного cnejtrpa в задаче ИК-поглсщения в квантовых ямах. Установлена слбяная

структура линии фотон-фононного резонанса и корректная размерная зависимость вкладов в вероятность поглощения.

8. Для НдД-структуры построена теория, кечественно объ- ясняощая наблюдаемые в эксперименте полевую зависимость ' и . уменьшение скорости насыщения подвижности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

Покатилов ЕЛ., Берил С.И., Фонин В.М., Калиновский В'.В.., Лжтовченко" В.Г. и др. Размерно-квантованные состояния экситона Ванье-Мотта в пленочных структурах // Кишинев. 1967. - Ч.І. - 18 с. '- Деп. в МолдНИИНТИ. - № 845.

Покатилов Е.П., Берил С.И., Фомин В.М..Калиновский В. В., Литовченко В.Г. и др. Размерно-квантованные состояния экситона Ванье-Мотта в пленочных структурах // Кишинев. - 1967. - ч.2. - 19 с. - Деп. в МолдНИИНТИ. - № 846.

Покатилов Е.П., Берил С.И., Фомин В.М., Калиновский В.В., Литовченко В.Г. и др. Размерно-квантованные состояния экситона Ванье-Мотта в пленочных структурах // Кишинев. - 1987. - ч.З. - 18 с. - Деп. в МолдНИИНТИ. - № І064М.

Берил С.И., Покатилов Е.П., Кожухарь Д.И..Калиновский В.В. Экситон Ванье-Мотта в полярной полупроводниковой пленке в сильном матитном поле // Кишинев. - 1986. - 21 с. Деп. в МолдНИИНТИ. - № 707-М.

Берил С.И., Покатилов Е.П., Кожухарь Д.И., Калиновский В.В. Влияние сильного магнитного поля на кулоновское взаимодей-ствие в тонкой пленке // Кишинев. - 1984. - IS с. - Деп. в МолдНИИНТИ. - № 388М.

Берил С.И., Покатилов Е.П., Кожухарь Д.И., Калиновский В.В.- Магнитный поляронный экситон в РІТе // ХШ Всесоюзное совещание по теории полупроводников // Ереван. - 1987. - С.63.

Берил С.И., Покатилов Е.П., Фомин В.М., Погорилко Г. А., Калиновский В.В., Семеновская Н.Н. Электронные состояния в композиционных сверхрешетках G&As, / и In As/GaSt// У Всесоюзная конференция "Тройные полупроводники . и их применение". - Т.2..- 1987. - C.I42. - Кишинев. - Верхо-

'вина. •

Керил С.И., Калиновский В.В., Мадкур С., Фахуд М. Особенности поглощения света свободными носителями заряда в тон-

IS ких пленках и в сверхрешетках при рассеянии на оптических фононах // ХІУ Всесоюзное (Пекаровское) совещание по теории полупроводников. - Донецк. - 1969.

9. berit SI..E.P Pokahtov , YVtalinovskU . Coulomt Interaction and PoUronic txciton Sbies ir* Coroposihon&t Superlafticgb// Soi.(b). 169. p.58T. 199г

Берил С.И., Покатилов Е.П., Малиновский В.В. Кулоновское взаимодействие и поляронные экситонные состояния в композиционных сверхрешетках // Кишинев. - 1990. - 23с. - Деп. в МолдНИИНТМ. - К> 1197. - М90.

Берил С.И., Покатилов Е.П., Калиновский В.В. Кулоновское взаимодействие в экситонных состояниях Ванье-Мотта в композиционных сверхрешетках // Киев. - ХШ Всесоюзная конференция по физике полупроводников. - 1990. - т.2.- С.297.

Берил С.И., Покатилов Е.П., Калиновский В.В., Мадкур С. Рассеяние носителей заряда на оптических фононах и заряженных примесях в инверсионных каналах МДП-структур-. и в тонких пленках // Иввно-Франковск. - 1990. - Ш Всесоюзная конференция по физике и технологии тонких пленок.

Берил С.И., Покатилов Е.П., Калиновский В.В. Кулоновское взаимодействие и экситонные состояния Банье-Моття в композиционных сверхрешетквх // Кишинев. - 1990. - Научная конференция профессоро-исследовательской работы за ХП пятилетку. - Том. I. - С.81. .

Берил С.И., Покатилов Е.П., Мадкур .С., Калиновский В.В.Рас-сеяние на поверхностных оптических колебаниях и заряженных примесных центрах в инверсионных слоях и в тонких по-

nvnnnnnnuui/nn^nr nnouffnv // Tnu яго. _

| >>
Источник: Калиновский Владислав Вячеславович. ПРОЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОН-ФОНОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ЭЛЕКТРОННЫХ и экситонных СОСТОЯНИЯХ,ПОГЛОЩЕНИИ СВЕТА И РАССЕЯНИИ СВОБОДНЫХ НОСИТЕЛЕЙ В ПОЛЯРНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУРАХ. 1992

Еще по теме АВТОРЕФЕРАТ:

  1. АВТОРЕФЕРАТЫ И ДИССЕРТАЦИИ
  2. Диссертационные исследования, авторефераты
  3. Житов Сергей Анатольевич. Право и корпоративные нормы: автореферат диссертации кандидата юридических наук: 12.00.01, Омск, 2010, 2010
  4. АВТОРЕФЕРАТ
  5. ОТЗЫВЫ НЕОФИЦИАЛЬНЫХ ОППОНЕНТОВ НА АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ
  6. ДИССЕРТАЦИИ, АВТОРЕФЕРАТЫ ДИССЕРТАЦИЙ
  7. АНДРИАНОВА Юлия Александровна. Административная юрисдикция мировых судей в Российской Федерации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук. Саратов —2004, 2004
  8. Баликоев Заурбек Валерьевич. АДМИНИСТРАТИВНО – ПРАВОВОЙ СТАТУС ОРГАНОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЛАСТИ СУБЪЕКТОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (ПО МАТЕРИАЛАМ РЕСПУБЛИКИ СЕВЕРНАЯ ОСЕТИЯ – АЛАНИЯ). Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук. Москва –2007, 2007
  9. Арзуманян Андрей Альбертович. Административное расследование. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук. Ростов-на-Дону –2010, 2010
  10. Демидов Игорь Леонидович. АДМИНИСТРАТИВНО – ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ОТНОШЕНИЙ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (НА ПРИМЕРЕ ТОПЛИВНО – ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА). АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук. Москва 2008, 2008
  11. АГАФОНОВ Сергей Иванович. АДМИНИСТРАТИВНЫЕ ПРОЦЕДУРЫ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНОВ ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук. Москва —2008, 2008
  12. АННЕНКОВ Алексей Юрьевич. АДМИНИСТРАТИВНО-ПРОЦЕССУАЛЬНЫЕ И ОРГАНИЗАЦИОННО-ТАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АРЕСТА ТОВАРОВ, ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И ИНЫХ ВЕЩЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПО ДЕЛАМ ОБ АДМИНИСТРАТИВНЫХ ПРАВОНАРУШЕНИЯХ. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук. Москва —2008, 2008
  13. АРТЕМЬЕВ Александр Михайлович. ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПРАВООХРАНИТЕЛЬНАЯ СЛУЖБА: СИСТЕМНЫЕ СВОЙСТВА, ФУНКЦИИ, ПРАВОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора юридических наук Москва –2008, 2008
  14. Ворочевская Оксана Викторовна. ФИНАНСОВО-ПРАВОВОЙ  СПОР В ДЕЯТЕЛЬНОCТИ  СУДОВ ОБЩЕЙ ЮРИСДИКЦИИ. Автореферат  диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук. Москва 2008, 2008
  15. Зверева Виктория Александровна. СУДЕБНАЯ   ЗАЩИТА  ЗАКОННЫХ  ФИНАНСОВЫХ  ИНТЕРЕСОВ СУБЪЕКТА  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук Москва-2007, 2007
  16. Диссертации и авторефераты диссертаций
  17. Авторефераты и диссертации
  18. Диссертации и авторефераты:
  19. Диссертации, авторефераты диссертаций
  20. 4. Авторефераты