Badanie pól elektrycznych w azotkach metodami optycznymi

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Badanie pól elektrycznych w azotkach metodami optycznymi"

Agnieszka Wieczorek
6 lat temu
Przeglądów:

1 Badanie pól elektrycznych w azotkach metodami optycznymi Krzysztof Zieleniewski Pod opieką dr. Anety Drabińskiej Proseminarium Fizyki Ciała Stałego, 8 kwietnia 2010

2 O czym będzie? Dlaczego azotki? Dlaczego pole elektryczne? Po co to wszystko, czyli o zastosowaniach Eksperyment, czyli jak się mierzy? Historia, czyli jak to się zaczęło? Teoria elektroodbicia, czyli z czego to wynika? Limity małego, średniego i dużego pola elektrycznego Fotoluminescencja na przykładzie D299 Fotoprzewodnictwo Podsumowanie

3 Dlaczego azotki? N. Ambacher et al., J. Appl. Phys. D 31, p (1998)

4 Dlaczego azotki? Na podstawie: Matsuoka Lab, Uniwersytet Tohoku, Japonia (2005)

5 Dlaczego azotki? AlN, GaN, InN Kryształy mieszane heterostruktury Studnie i kropki kwantowe Struktura wurcytu pole elektryczne Duża odporność mechaniczna, chemiczna i termiczna

6 Zastosowania Niebieski laser, detektory UV VIS IR, diody LED (do 250 nm) Blue nm Baterie słoneczne Urządzenia SAW (Surface Acoustic Waves) mikrofony, ekrany dotykowe Potencjalnie też tranzystory THz, optoelektronika, wzmacniacze mocy, detektory chemiczne i biologiczne M. A. Khan et al., Appl. Phys. Lett 63, p (1993)

7 Dlaczego pole elektryczne? Azotki mogą być kryształami III-V w strukturze wurcytu; wtedy mają polaryzację spontaniczną: AlN: -0,081 C/m2; GaN: -0,029 C/m2; InN -0,032 C/m2 [O. Ambacher et al., J. Appl. N. Granjean et al., Phys. D 31 (1998), p. 2654] J. Appl. Phys. 88, 1 (2000) Poza tym są piezoelektrykami, więc przy nawet minimalnych naprężeniach pojawiają się dodatkowe pola W heterostrukturach pola te indukują ładunki związane Jednocześnie swobodne ładunki ekranują te pola

8 Różne techniki eksperymentalne Odbicie i jego modulacje: elektroodbicie (ER), fotoodbicie (PR), piezoodbicie, termoodbicie Fotoluminescencja (PL) Fotoprzewodnictwo (PC)

9 O historii słów kilka Ignacy Filiński 1957, Phys. Rew. 107, 1193 ( ) Odkrycie Franza i Kiełdysza 1958 W. Franz, Z. Naturforschag 13a, 484 (1958) L. V. Keldysh, J. of Exp. and Theor. Phys. 34, 1138 (1958) B. O. Seraphin and N. Bottka, Phys. Rev. 139, 2A, p. 560 (1965) D. E. Aspnes wyjaśnił teoretycznie oscylacje Franza-Kiełdysza na początku lat '70 D. E. Aspnes, Phys. Rev. B 10, 4228 (1974)

10 PR/ER - Teoria Zmiany współczynnika odbicia są powiązane z funkcją dielektryczną J. Miesiewicz, P. Sitarek, G. Sęk, Introduction to te photoreflectance spectroscopy of semiconductor structures, Wrocław 1999 [tamże następne wzory]

11 PR/ER - Teoria Energia elektrooptyczna ħω

12 PR/ER - Teoria Parametr poszerzenia Mechanizmy poszerzenia (temperaturowe, ekscytonowe)

13 PR/ER - Słabe pole F ħω << Γ W przypadku małego pola, można je potraktować jako perturbację do rozwiązania bez niego zależność od trzeciej pochodnej funkcji czyni tę technikę bardzo czułą na zmiany parametrów.

14 PR/ER - Średnie pole F Γ < ħω << efa0 Oscylacje Franza-Kiełdysza Mechanizm powstawania tunelowanie elektronów przez trójkątną barierę potencjału M. Beck, Uniwersytet w Erlangen

15 Średnie pole F Wzór opisujący (przybliżenie): Co można wywnioskować z okresu, a co z konturu

16 PR/ER Studnia kwantowa Rozszczepienie Starka

17 PR/ER - Silne pole F Rozszczepienie Starka

18 PR/ER - Silne pole F Rozszczepienie Starka K. Korona et al., Warna 2008

19 Układ eksperymentalny do PR Na podstawie: J. Miesiewicz, P. Sitarek, G. Sęk, Introduction to te photoreflectance spectroscopy of semiconductor structures, Wrocław 1999

20 Średnie pole F - PR Wetzler et al., J. Appl. Phys., 85, 7 (1999)

21 Układ eksperymentalny do ER Na podstawie: J. Miesiewicz, P. Sitarek, G. Sęk, Introduction to te photoreflectance spectroscopy of semiconductor structures, Wrocław 1999

22 Średnie pole F - ER Rysunek wykonany przez A. Drabińską

23 Średnie pole F - ER Rysunek wykonany przez A. Drabińską

24 PR/ER - porównanie Fotoodbicie nie wymaga kontaktów W fotoodbiciu zmiany pola elektrycznego zachodzą jedynie do energii pobudzania przez laser, podczas gdy w elektroodbiciu cała struktura się pochyla

25 Fotoluminescencja Mechanizm powstawania Skala czasowa ns K. Korona et al., Warna 2008

26 Układ eksperymentalny do PL

27 Fotoluminescencja K. Pakuła Opis próbek D277-D299 (2010)

28 Fotoluminescencja

29 Fotoprzewodnictwo Kreowanie światłem nośników i badanie, jak to wpływa na przewodnictwo Takie nośniki migrują zgodnie z polem elektrycznym i je ekranują

30 Fotoprzewodnictwo K. Korona et al., Warna 2008

31 Fotoprzewodnictwo Zależność od przyłożonego napięcia i od czasu: K. Korona et al., Warna 2008 H. M. Chen, Y. F. Chen, M. C. Lee, and M. S. Feng, J. Appl. Phys. 82, 2 (1997)

32 Inne zastosowania eksperymentalne Co jeszcze można tym mierzyć? Skład Koncentracja nośników Grubość próbki Stany pułapkowe Zmiany energii od T Naprężenia

33 Skład Sprawdzenie składu próbek z energii bariery danej próbki Elektroodbicie i fotoluminescencja

34 Koncentracja nośników Koncentracja nośników wpływa na skuteczność ekranowania pola elektrycznego, jak również na kształt FKO X. Zhang, S.-J. Chua, Wei Liu, and K.-B. Chong, Appl. Phys. Lett. 72, 15, p (1998)

35 Grubość próbki Grubość próbki interferencje na grubości płytki w zakresie podczerwonym i optycznym (tu: 510 nm) Rysunek wykonany przez K. Masztalerz

36 Zależność temperaturowa N. Granjean et al., J. Appl. Phys. 88, 1 (2000)

Podsumowanie Azotki mają skomplikowane i duże pola elektryczne, co rodzi wyzwania Takeuchi 2010 fizyczne, jak i bogactwo zastosowań Jest wiele źródeł pola

37 Podsumowanie Azotki mają skomplikowane i duże pola elektryczne, co rodzi wyzwania Takeuchi 2010 fizyczne, jak i bogactwo zastosowań Jest wiele źródeł pola elektrycznego: spontaniczne, piezoeletryczne (naprężenia wewnętrzne i zewnętrzne) Istnieje kilka różnych technik PR, ER, PL, PC i inne W średnim polu pojawiają się FKO

38 Dziękuję za uwagę Referencje: I. Filiński, Phys. Rev. 107, 1193 (1957) L. Sosnowski, Phys. Rev. 107, (1957) W. Franz, Z. Naturforschag 13a, 484 (1958) L. V. Keldysh, J. of Exp. and Theor. Phys. 34, 1138 (1958) D. E. Aspnes, Surface Science 37, 418 (1973) D. E. Aspnes, Phys. Rev. B 10, 4228 (1974) M. A. Khan et al., Appl. Phys. Lett 63, 2455 (1993) H. M. Chen, Y. F. Chen, M. C. Lee, and M. S. Feng, J. Appl. Phys. 82, 2 (1997) X. Zhang, S.-J. Chua, Wei Liu, and K.-B. Chong, Appl. Phys. Lett. 72, 15, p (1998) O. Ambacher et al., J. Appl. Phys. D 31 (1998), p J. Miesiewicz, P. Sitarek, G. Sęk, Introduction to te photoreflectance spectroscopy of semiconductor structures, Wrocław 1999

39 Dalsze referencje C. Wetzler, T. Takeuchi, H. Amano, and I. Akasaki, J. Appl. Phys. 85, 7, p (1999) N. Granjean et al., J. Appl. Phys. 88, 1 (2000) A. Drabińska et al., Phys. Status Solidi A 206, 5, p (2009) K. Korona, A. Drabińska, J. Borysiuk, P. Caban, Nitride-based photodetectors containing quantum wells in tunable electric field, 15th International School on Condenset Matter Physics, Warna 2008 M. Beck, Uniwersytet w Erlangen, dostęp: [dostęp: ] K. Takeuchi, S. Adachi, K. Ohtsuka, J. Appl. Phys. 107, (2010) K. Pakuła, Opis próbek D277-D299 (2010)

40 Nieużyte: C. Van Hoof et al., Appl. Phys. Lett. 54, 7 (1989) F. Cerdeira et al., Phys. Rev. B 42, 15 (1990) J. Wu et al., Appl. Phys. Lett. 80, 21(2002), DOI: / T. Graf et al., Appl. Phys. Lett. 81, 27 (2002), DOI: / K. P. Korona et al., A. Phys. Polonica 114, 5 (2008)

Podobne dokumenty

2013 02 27 2 1. Jakie warstwy zostały wyhodowane w celu uzyskania 2DEG? (szkic?) 2. Gdzie było domieszkowanie? Dlaczego jako domieszek użyto w próbce atomy krzemu? 3. Jaki kształt miała próbka? 4. W jaki