У нас уже 242733 рефератов, курсовых и дипломных работ
Заказать диплом, курсовую, диссертацию


Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Понравилось
Не понравилось





Книга жалоб
и предложений

 





Название Спектр екситона у шестигранній квантовій нанотрубці InP/InAs/InP
Количество страниц 33
ВУЗ ЧНУ им Ю.Федьковича
Год сдачи 2010
Содержание Вступ
З переходом від мікроелектроніки до наноелектроніки зв’язане різке збільшення потужності обчислювальних систем при зниженні рівня енерговитрат, збільшення пропускної можливості каналів зв’язку, збільшення інформаційної ємності і якості систем відображення інформації, збільшення чутливості сенсорних пристроїв, створення економних освітлювальних приладів і суттєве збільшення долі компонент електроніки в медичних (створення медичних наноприладів), біологічних (маркування мембранних білків та молекул ДНК) [1-13], хімічних і промислових технологіях, а також при забезпечені безпеки в боротьбі з тероризмом [14]. Розвиток наноелектроніки закладає основи переходу до принципово нових принципів базових елементів електроніки, включаючи використання одно електронних ефектів, ефектів електронної інтервенції [15], спінових ефектів (застосування спінової степені вільності для створення приладів передачі та збереження інформації) [16, 17, 18], безструмових перемикаючих пристроїв [19-24] і, в майбутньому, до розробки квантових технологій створення обчислювальних машин і захищених систем зв’язку [25]. Основні елементи сучасної оптоелектроніки базуються на напівпровідникових і квантових наноструктурах сполук , виготовлених за допомогою технології молекулярно променевої епітаксії (МПЕ). Досягнення граничних параметрів оптоелектричних приладів і отримання нових типів елементів оптоелектроніки зв’язано з пониженням розмірності епітаксіальних систем, використанням гетероструктур з квантовими точками (КТ), квантовими плівками (КП) та квантовими дротами (КД) [102,103]. Так, для напівпровідникових лазерів на КТ досягнуті значення диференціальної квантової ефективності 88% (довжина хвилі 1,25-1,29 мкм.) [104] вихідної потужності 7 Вт в імпульсному режимі при кімнатній температурі (довжина хвилі 1,46-1,5 мкм.) [105]. Що ж на рахунок КД технологія МПЕ дозволяє отримувати нанотрубки внаслідок звільнення напруги напівпровідникової плівки з допомогою селективного травлення епітаксіальної гетероструктури [106]. Даний метод відкриває перспективи виготовлення окремих наноструктур складної форми з високою точністю (до значення, рівного товщині окремого моношару).
Останніми роками швидко розвивається теорія спектрів квазічастинок (електронів, дірок, екситонів) в об’єктах пониженої розмірності, включаючи двохмірні площини [26, 27], квантові дроти (КД) [28-31], тунельно-зв’язані ланцюжки квантових нульмірних гранул, та різного типу комбінованих систем.
Так наприклад в роботах В.В. Ивановской, та Г. Зейферта, запропоновані атомні моделі квазіодномірних квантових смужок і циліндричних нанодротів TiS2 [78], які були експериментально отримані [79] методом низькотемпературного газового синтезу, діаметр яких складав 10 нм., а вже пізніше в роботах [80, 81] вивчені процеси, які протікають в таких системах. Експериментальне створення більш складніші системи, які складались з двох квантових дротів InAs/InP [82, 83], GaAs/GaP [84, 85], InAs/GaAs [86, 87] дозволило дослідити не тільки електронний та дірковий спектра [88], а й розробити теорію їхньої взаємодії. В роботі [88] досліджено оптичні властивості квантового дроту InAs/GaAs, за допомогою GW метода [89, 90].
Також типу напівпровідникові дроти, але вже з перерізом основи не циліндричного типу а еліптичного теоретично досліджувались в роботах [98-100]. В них пораховані залежності енергії квазічастинок в залежності від співвідношення осей еліпса, в перше показано, що енергетичний спектр в еліптичних квантових дротах має відмінності від звичайного квантового дроту, внаслідок порушення циліндричної симетрії знімається виродження (обумовлене циліндричною симетрією) і утворюються парні та непарні стани енергії.
Окремим спектром постає цілий напрямок в теоретично-експерементальних дослідженнях, яких ми не змогли не згадати, а саме взаємодії квантових дротів з магнітним [91-93], а також спін-орбітальна взаємодія в квантових дротах [94, 95, 96]. Теоретичні дослідження які проводились в цих роботах стали фундаментом до створення сучасних квантових комп’ютерів.
Дослідження напівпровідникових квантових дротів привертає увагу дослідників не тільки із-за особливостей електронних і екситонних властивостей спектра, але й через те, що є можливість їхнього використання в електроніці та оптоелектроніці [71, 72]. В КД електрони і екситони можуть вільно рухатись в одному напрямку, а в інших двох вони локалізовані. Ці обставини призводять, до того, що в КД збільшується енергія зв’язку і сила осцилятора екситонного переходу. Обмеження руху зменшує відстань між електроном та діркою, що призводить до збільшення величини їх кулонівської взаємодії. Для типових напівпровідників розмірне квантування призводить до збільшення енергії зв’язку екситона в декілька раз (до 20-30 меВ [73, 74]) порівняно з відповідним об’ємним напівпровідником. Так в роботі [75], виміряні спектри поглинання і люмінесценції КД InP-діелектрик, а також проведений теоретичний розрахунок з врахуванням розмірного квантування і діелектричного підсилення значення енергії екситонних переходів, що дало хороше співпадання з експериментом.
Швидкий розвиток експериментальної бази дав велику кількість матеріалу для теоретичного опису, а саме створення досить складних структур [32-37] з різними комбінаціями їх у просторі [38-42]. Прикладом різноманітності створення квантових структур різної форми можна бачити в роботі [38], де вдалося синтезувати різного типу нанодроти та наноплівки (Рис. 1.1.). Зрозуміло, що опис таких систем досить складний, і дослідження в цій галузі є передовими не тільки в нашій країні, а й в світі.
Нещодавно японським вченим вдалося синтезувати надгратку з вставлених один в одного квантових дротів GaAS/AlGaAs [43,44], та InAs/InP/InAs [45,46], з а шестикутною основою перерізу (рис 1.2).
В роботі [46] досліджувалась інтенсивність випромінювання надгратки комбінованованих квантових дротів InAs/InP/InAs вирощених на підкладці з SiO2. У випадку періоду гратки 3 мкм і розмірах квантового дроту (ядро InAs становить 30 нм., шар-яма InP 5 нм.), отрималось два розмитих піки інтенсивності випромінювання, що відповідали енергіям 861 меВ., та 1401 м
Більш складніші системи Т і V подібним з’єднанням квантових дротів розглядаються в статтях [39, 47-49]. Теоретичний опис в таких систем, тобто взаємодія між електроном та діркою, проводився за допомогою варіаційного методу [50-52], та інших апроксимаційних методів [53, 54].
Так у роботі [39] розглядаються квантові дроти з V подібним ( ) та Т подібним ( ) з’єднанням. В цій роботі авторами розроблена теоретична модель енергетичних спектрів та хвильових функцій електронів, дірок та екситонів в таких системах. В результаті отрималась енергетичний спектр екситона, який перебував в квантовій точці що утворювалась Т перетином, а енергія зв’язку при розмірах квантової точки становила порядку 25 меВ.
Так, у роботах [36*, 37*] детально досліджувався енергетичний спектр електронів, дірок та екситонів у “відкритих” комбінованих наногетеросистемах. Зокрема було показано, що квазічастинка у таких системах знаходиться у квазістаціонарних станах зі скінченим часом життя. Тому втрати енергії, збуджених у системі квазічастинок (електронів, дірок), можуть зумовлюватися не тільки їхньою рекомбінацією, що супроводжуватиметься випромінюванням фотонів, а й можливістю тунелювання квазічастинки крізь скінчений потенціальний бар‘єр і її рухом на нескінченність.
Перспектива використання таких квантових нанооб’єктів у сучасній електроніці, оптоелектроніці та біомедичній електроніці очевидна і детально аналізувалась в оглядових роботах [1-25]. Так, наприклад, напівпровідникові нанодроти, виготовленні з Si, Ge, GaP, GaAs і InP можуть бути застосовані для створення логічних схем [19], надтонких світло-випромінюючих діодів [20,21] і низько-розмірних фотодетекторів [22].
Теоретичні дослідження таких систем швидко розвиваються, однак для багатокомпонентних наносистем теорія знаходиться лише на початковому етапі розвитку [23], оскільки вони є достатньо складними і громіздкими для математичного аналізу фізичної картини явищ.
Нещодавно, у роботі [24] експериментально досліджувався спектр люмінесценції гексагональної надгратки (рис. 3.1.а.), що утворена нанотрубками InP/InAs з поперечним перерізом правильної шестикутної форми (рис 3.1.б.). Нанотрубки були вирощені методом метало-органічної епітіксії. Геометричні параметри системи такі, що висота нанотрубок в сотні разів перевищує їхні поперечні розміри . Отже, таку наносистему можна вважати надграткою квантових трубок нескінченної висоти.
Оскільки у цій системі постійна надгратки ( ) значно переважає поперечний розмір ( ) окремої квантової трубки, то їх можна вважати ізольованими між собою і розв’язувати задачу про енергетичний спектр електронів і екситонів у окремій шестигранній трубці.
Список литературы Висновки

Побудовано теорію екситонного спектра в напівпровідниковій ШЦКТ у моделі ефективних мас і прямокутних потенціалів з урахуванням взаємодії між електроном і діркою. Теорія базується на методі Бете з апроксимуючим потенціалом, що забезпечує зв’язаний стан екситона при його внутрішньому русі вздовж аксіальної осі наносистеми.
Розраховано і досліджено нижню частину екситонного спектра в ШЦКТ на прикладі експериментально досліджуваної системи . Показано, що залежність енергетичних рівнів екситона від геометричних параметрів наносистеми зумовлена, головним чином, залежністю відповідних енергій електрона і дірки. Теоретично розраховане значення екситонної енергії задовільно корелює з експериментальним результатом.


Використана література:

1. Ж.И.Алфёров, История и будущее полупроводниковых гетероструктур // ФТП.-1998.-Т.32.-№1.-С.3-18
2. Леденцов Н.Н., В.М. Устинов, В.А. Щукин, П.С. Копьев, Ж.И. Алферов, Д. Бимберг Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры. О б з о р // ФТП – 1998 – V.32, №4 – P.385-410.
3. Н.В. Ткач. Электрон-фононное взаимодействие в сферических наногетероструктурах // ФТТ. – 1997. –Т.39, №6. – С.1109-1113.
4. Ch.Greus and R.Spiegel, P.A.Knipp, T.L.Reinecke, F.Faller and A.Forchel Photoluminescence excitation study of lateral-subband structure in barrier-modulated In0.09Ga0.91As quantum wire // Phys.Rev. B. – 1994. –V.49. – P.5753-5766.
5. D. Schooss, A. Mews, A. Eychmuller, H. Weller Quantum-dot quantum well CdS/HgS/CdS: Theory and experi // Phys.Rev. B. – 1994. – V.49. – P.17072-17078.
6. X.F. Wang, X.L. Lei Polar-optic phonons and high-field electron transport in cylindrical GaAs/AlAs quantum wires // Phys.Rev. B. – 1994. – V.49. – P.4780-4784.
7. N.C. Constantinou and B.K. Ridley Guided and interface LO phonons in cylindrical GaAs/AlxGa1-xAs quantum wires // Phys.Rev. B. –1990. – V.41. – 10627-10631.
8. N.Mori, T.Ando Electron–optical-phonon interaction in single and double heterostructures // Phys.Rev. B. – 1989. – V.40. – P.6175-1679.
9. G.Q. Hai, F.M. Peeters, J.T. Devreese Electron optical-phonon coupling in GaAs/AlxGa1-xAs quantum wells due to interface, slab, and half-space modes // Phys.Rev. B. – 1993. –V.48. – P.4666-4668.
10. .M.Tkach, V.Holovatsky, O.Voitsekhivska Electron and hole quasistationary states in opened cylindrical quantum wire // Physica E: Low dimensional systems and Nanosteuctures.-2001.-V.11.-P.17-26.
11. Н.В.Ткач, А.М.Маханец Спектры и времена жизни квазичастиц в открытой квантовой точке, окруженной одинаковыми барьерами в цилиндрической квантовой проволоке // ФТТ. – 2005 – V.47 – P.550-555.
12. R.W.Siegel, Proc. E-MRS - 2004.-P.24-25.
13. Базь А.И., Я.Б. Зельдович, А.М. Переломов Рассеяния, реакции и распады в нерелятивистской квантовой механике. – Москва: Наука, 1971. – 463с.
14. Ткач М.В., Березовський Я.М. Метод Бете в теорії локалізованого екситона у сферичних квантових точках, розташованих у масивному середовищі. // ЖФД – 2003. – Т. 7, №2. – С. 188 - 194.
15. Y Huang, X. Duan, Y Cui, L.J. Lanhon, K. Kim, and C.M. Lieber Logic gates and computation from assembled nanowire building blocks // Science V294. – P.1313–1317.
16. M.H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Yan, Y Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. Yang Room-Temperature Ultraviolet Nanowire Nanolasers // Science – 2001. – V.292. – P.1897-1902.
17. N. Panev, A.I. Persson, N. Skold, and L. Samuelson Sharp exciton emission from single InAs quantum dots in GaAs nanowires // Appl. Phys. Lett. – 2003. – V.83. – P.2238-2240.
18. J. Wang, M.S. Gudiksen, X. Duan, Y. Cui, and C.M. Lieber Nanowire Nanosensors for Highly-Sensitive, Selective and Integrated Detection of Biological and Chemical Species // Science – 2001. – V.293 – P. 1289-1292.
19. L.J.Lauhon, M.S.Gudiksen, D.Wang, and C.M.Lieber Epitaxial Core-Shell and Core-Multi-Shell Nanowire Heterostructures // Nature – 2002. – V.57. – P.57-61.
20. S.Hara, J.Motohisa, J.Noborisaka, J.Takeda, and T.Fukui Photoluminescnce from single hexagonal nano-wire grown by selective area MOVPE // Inst.Phys.Conf.Ser. – 2005. – V.184. – P. 393-387.
21. F.Qian, S.Gradecal, Y.Li, C.Y.Wen, and C.M.Lieber Core/Multishell Nanowire Heterostructures as Multicolor, High-Efficiency Light-Emitting Diodes // NanoLett. – 2005. – V.5. – P.2287-2291.
22. P.Mohan, J.Motohisa, and T.Fukui Realization of conductive InAs nanotubes based on lattice-mismatched InP/InAs core-shell nanowires // Appl.Phys.Lett. – 2006. – V.88. – P.013110-013113.
23. J.Noborisaka, J.Motohisa, and T.Fukui Resonance-tunneling-assisted emission enhancement in green light-emitting diodes with nanocraters formed in InGaN/GaN quantum-well active layers // Appl. Phys.Lett. – 2005. – V.86.–P.2132102-2132105.
24. P.Mohan, J.Motohisa, and T.Fukui Controlled growth of highly uniform, axial/radial direction-defined, individually addressable InP nanowire arrays // Nanotechnology – 2005. –V.16. – P.2903-2907.
25. J.Motohisa, J.Noborisaka, J.Takeda, M.Inari, and T.Fukui, J.Cryst Catalyst-free selective-area MOVPE of semiconductor nanowires on (111)B oriented substrates // Journal of Crystal Growth – 2004. – V.272. – P.180-185.
26. F.Qian, Y.Li, S.Gradecak, D.Wang, C.J.Barrelet, and C.M.Lieber Gallium Nitride-Based Nanowire Radial Heterostructures for Nanophotonics // NanoLett. – 2004. – V.4.– P. 1975-1979.
27. P.Mohan, J.Motohisa, and T. Fukui Fabrication of InP/InAs/InP core-multishell heterostructure nanowires by selective area metalorganic vapor phase epitaxy // Appl. Phys.Lett. – 2006. – V.88. – P.133105-133108.
28. Н.В.Ткач, В.П.Жаркой Спектр и электрон-фононное взаимодействие в среде с цилиндрической квантовой проволокой // ФТП. – 1999. – Т.33,№5, – С.598-602.
29. Ткач М.В., Маханець О.М., Проц І.В. Властивості фононних, електронних та діркових спектрів деяких циліндричних наногетеросистем // УФЖ. – 2001. – Т.46, №7. – С.727-734.
30. Ткач М.В. Квазічастинки у наногетеросистемах. Квантові точки та дроти. – Чернівцію: Рута, 2003. – 312 с.
31. Н.В.Ткач, А.М.Маханец Спектры и времена жизни квазичастиц в открытой квантовой точке, окруженной одинаковыми барьерамим в цилиндрической квантовой проволоке //ФТТ. –2005. – Т.47. – С.550-555.
32. M.Tkach, V.Holovatsky, O.Voitsekhivska, M.Mykhalyova, and R.Fartushynsky. Electron-phonon interaction in semiconductor spherical quantum dot embedded in a semiconductor medium (HgS/CdS // Phys. stat. sol. – 2001. –V.225, №.2. – P.331-342.
33. X.F. Wang, X.L. Lei Polar-optic phonons and high-field electron transport in cylindrical GaAs/AlAs quantum wires // Phys.Rev.B. – 1994 – V.49. – P.4780-4785.
34. D. Schooss, A. Mews, A. Eychmuller, H. Weller Quantum-dot quantum well CdS/HgS/CdS: Theory and experime // Phys. Rev. B. – 1994 – V.49 – P.17072-17076.
Стоимость доставки работы, в гривнах:

(при оплате в другой валюте, пересчет по курсу центрального банка на день оплаты)		 1000





Найти готовую работу


ЗАКАЗАТЬ

Обратная связь:


Связаться

Доставка любой диссертации из России и Украины

Вход для партнеров

Регистрация

Восстановить доступ

Материал для курсовых и дипломных работ


Ссылки:

Выполнение и продажа диссертаций, бесплатный каталог статей и авторефератов

Счетчики:

Besucherzahler
счетчик посещений

© 2006-2022. Все права защищены.
Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.