На правах рукописи
Николаев Сергей Николаевич
Электронный спектр многофазной системы
неравновесных носителей заряда и условия
возникновения коллективных эффектов
в полупроводниковых квантоворазмерных
гетероструктурах
01.04.21 – Лазерная физика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата физико-математических наук
Москва – 2011
Работа выполнена в Московском физико-техническом институте (государственном университете).
Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор, Багаев Виктор Сергеевич Соруководитель: кандидат физико-математических на ук, Кривобок Владимир Святославович
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Андреев Борис Александрович доктор физико-математических наук, профессор, Витухновский Алексей Гри горьевич
Ведущая организация: Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка
Защита состоится « 25 » ноября 2011 г. в 10 часов на заседа нии диссертационного совета Д 212.156.07 при Московском физико-тех ническом институте (ГУ), расположенном по адресу: 141700, МО, г. Долгопрудный, Институтский пер., д. 9.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико технического института.
Автореферат разослан « » 2011 г.
Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук, доцент С. М. Коршунов
Общая характеристика работы
Актуальность работы Изучение физических процессов, протекающих в сильнокоррели рованных системах пониженной размерности, является одной из ключе вых проблем, успешное решение которой определяет прогресс современ ных нанотехнологий в области полупроводниковой оптоэлектроники и лазерной физики. В частности, исследование коллективных эффектов в неравновесной электронно-дырочной системе объемных полупровод ников и полупроводниковых наноструктур необходимо для получения качественных и количественных данных используемых при разработке оптоэлектронных устройств. Не решенной фундаментальной задачей, связанной с этими исследованиями, является описание сильнокоррели рованных систем взаимодействующих фермионов в условиях понижен ной размерности.
Коллективные взаимодействия неравновесных носителей заряда и экситонов в полупроводниковых кристаллах широко и подробно ис следовались начиная с 70-х годов. За последние годы этой проблеме посвящено огромное количество теоретических и экспериментальных работ, где с учетом индивидуальных характеристик объемных полу проводниковых кристаллов изучены различные многочастичные состо яния в неравновесной электронно-дырочной системе и связанные с ни ми фазовые переходы. В частности, для целого ряда кристаллов экс периментально обнаружено образование электронно-дырочной жидко сти (ЭДЖ)[Электронно-дырочные капли в полупроводниках, 1988] ме таллического типа, а также вырожденной электронно-дырочной плаз мы (ЭДП) и подробно исследованы условия их возникновения и свой ства. Тем не менее, даже в случае объемных кристаллов остается нере шенным широкий круг вопросов, касающихся, например, природы низ кочастотного размытия спектров излучения ЭДЖ и ЭДП в полупро водниках, как с прямой [Hildebrand et al., 1978], так и непрямой ще лью [Landsberg, 1967], возможности образования второй конденсирован ной фазы и ее свойств [Smith, Wolfe, 1995], исследований конкурирую щих многочастичных эффектов, осложняющих экспериментальное на блюдения ЭДЖ в некоторых бинарных соединениях [Багаев В. С. и др., 2005] и т.д.
В ранних теоретических работах было показано, что у ряда мо дельных квазиодномерных и квазидвумерных систем, общей чертой ко торых является сильная анизотропия электронного спектра, возможна дополнительная стабилизация конденсированного состояния, по срав нению с трехмерным случаем. Кроме того, ввиду изменения характера экранировки кулоновского взаимодействия в таких системах и усиле ния вклада в коллапс экситонов фактора заполнения электронных и дырочных состояний [Peyghambarian et al., 1984, Hulin et al., 1986, H., Reinholz, 2002, Leon Ben-Tabou de, Laikhtman, 2003, Cingolani et al., 1996, Lozovik, Berman, 1997], исследования фазовых переходов в системах с пониженной размерностью представляют особый интерес.
Цель диссертационной работы состоит в исследовании фазо вых переходов в электронно-дырочной системе с пониженной размерно стью, определении условий образования и основных свойств коллектив ных состояний.
Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:
1. Был произведен выбор оптимальных для изучения коллективных состояний параметров структур Si1 Ge /Si;
2. Исследованы экситонные состояния в квантовых ямах и слоях кремния и условия перехода «экситонный газ — плазма» в квази двумерной системе;
3. Проведено исследование коллективных состояний методами ста ционарной и разрешенной по времени низкотемпературной фото люминесценции, а также 2 люминесценции при различных тем пературах и плотностях мощности лазерного возбуждения;
4. На основе модели квазидвумерной плазмы, разработана методи ка для описания формы линии излучения электронно-дырочной жидкости в ИК и 2 спектрах с учетом однородного уширения.
Научная новизна 1. Обнаружена двумерная электронно-дырочная жидкость в кванто вых ямах SiGe/Si с низким (< 7%) содержанием германия;
2. Исследовано влияние барьера для электронов на свойства фазово го перехода «экситонный газ — ЭДЖ»;
3. В спектрах 2 люминесценции обнаружен новый канал рекомби нации, предположительно, связанный с излучением заряженных многоэкситонных комплексов.
Практическая значимость Результаты, изложенные в диссер тации, могут быть использованы для конструирования и разработки оптоэлектронных устройств, совместимых с кремниевой технологией На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:
1. Обнаружено образование электронно-дырочной жидкости в кван товых ямах Si1 Ge /Si шириной 5 нм и определена критическая для конденсированной фазы концентрация германия = 7%.
2. Основные характеристики ЭДЖ в квантовой яме с содержанием германия 5 % имеют следующие значения: равновесная концентра ция носителей 1012 см2, критическая температура = 25 К, работа выхода из ЭДЖ = 0,8 мэВ, время жизни носителей 3. Работа выхода из ЭДЖ на пару частиц монотонно увеличивается при понижении содержания германия в слое твердого раствора и достигает 6 мэВ при = 2,9%.
4. Расчет формы линии ЭДЖ в 2 спектрах, основанный на модели квазидвумерной плазмы с учетом однородного уширения, находит ся в хорошем согласии с экспериментальными данными.
5. Обнаруженный в 2 спектрах новый канал рекомбинации наблю дается в температурном диапазоне 5–32 К и сохраняет спектраль ное положение своей линии излучения неизменным.
Апробация работы Основные результаты диссертации докла дывались на следующих конференциях:
1. 29th International Conference on the Physics of Semiconductors, Rio de Janeiro (Brazil), 27 July–1 August 2008.
2. XII школа молодых ученых «Актуальные проблемы физики», Зве нигород, 23–27 ноября, 2008.
3. 51-я научная конференции МФТИ «Современные проблемы фун даментальных и прикладных наук», Москва— Долгопрудный, но 4. XIII международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектрони ка», Нижний Новгород, 16–20 марта, 2009.
5. IX Российская конференция по физике полупроводников, Новоси бирск— Томск, 2009.
6. 52-я научная конференции МФТИ «Современные проблемы фун даментальных и прикладных наук», Москва— Долгопрудный, но 7. XIV международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектрони ка», Нижний Новгород, 15–19 марта, 2010.
8. 53-я научная конференция МФТИ «Современные проблемы фун даментальных и прикладных наук», Москва— Долгопрудный, 2010.
9. XIII школа молодых ученых «Актуальные проблемы физики», Зве нигород, 14–19 ноября, 2010.
10. XV международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектрони ка», Нижний Новгород, 14–18 марта, 2011.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 15 печат ных работах, из них 4 статьи в рецензируемых журналах, 4 статьи в сборниках трудов конференций и 7 тезисов докладов.
Список публикаций:
1. В. С. Багаев, В. В. Зайцев, В. С. Кривобок и др. Каналы излуча тельной рекомбинации и фазовые переходы в системе неравновес ных носителей в тонкой квантовой яме Si0,93 Ge0,07 /Si // ЖЭТФ.
2008. — 11. Т. 134, No 5. С. 988–994.
2. С. Н. Николаев, В. С. Кривобок, А. Ю. Клоков, В. С. Багаев. Си стема для регистрации слабых световых сигналов с наносекунд ным временным разрешением // ПТЭ. 2009. Т. 52. С. 121–124.
3. Bagaev V. S., Krivobok V. S., Nikolaev S. N. et al. Observation of the electronhole liquid in Si1 Ge /Si quantum wells by steady-state and time-resolved photoluminescence measurements // Phys. Rev. B.
2010. — Sep. Vol. 82, no. 11. P. 115313.
4. В. С. Багаев, В. С. Кривобок, С. Н. Николаев и др. Влияние ба рьера для электронов на конденсацию экситонов и спектр многоча стичных состояний в квантовых ямах SiGe/Si // Письма в ЖЭТФ.
Личный вклад автора Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад ав тора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссер танта был определяющим. Все представленные в диссертации результа ты получены лично автором.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из вве дения, обзора литературы, 4 глав, заключения, библиографии и прило жения. Общий объем диссертации 120 страниц, из них 102 страницы текста, включая 34 рисунка и 6 таблиц. Библиография включает наименований на 14 страницах.
Выражаю искреннюю благодарность:
Моим научным руководителям, доктору физико-математических наук, профессору Багаеву Виктору Сергеевичу, кандидату физико-мате матических наук Кривобоку Владимиру Святославовичу за постоянное внимание и помощь в работе;
Кандидату физико-математических наук Новикову Алексею Ви тальевичу и всему коллективу лаборатории молекулярно-пучковой эпи таксии кремний-германиевых структур ИФМ РАН за предоставленные образцы и большой интерес к работе;
Кандидату физико-математических наук Мартовицкому Виктору Петровичу за структурную характеризацию образцов методами высоко разрешающей рентгеновской дифрактометрии и рефлекторметрии;
Члену-корреспонденту РАН, доктору физико-математических на ук Сибельдину Николаю Николаевичу, Бурбаеву Тимуру Маруановичу, Скорикову Михаилу Львовичу и другим сотрудниками Отделения фи зики твердого тела ФИАН за плодотворное обсуждение результатов;
А также коллективу Лаборатории низкоразмерных систем и струк тур ОФТТ ФИАН за помощь и интерес к работе.
Содержание работы Во Введении обоснована актуальность диссертационной рабо ты, сформулирована цель и аргументирована научная новизна исследо ваний, представлены выносимые на защиту научные положения.
В обзоре литературы дано краткое описание основных физиче ских принципов, необходимых для описания электронно-дырочной си стемы в объемном кремнии и в слоях твердого раствора Si1 Ge /Si.
Рассмотрение начинается с особенностей зонной структуры крем ния, в том числе дисперсии энергетических зон вблизи точек высокой симметрии. В приближении эффективных масс дано описание особен ностей изоэнергетических поверхностей электронов и дырок вблизи экс тремумов валентной зоны и зоны проводимости.
Далее по очереди рассмотрены основные многочастичные состоя ния, наблюдающиеся в спектрах люминесценции кремния. В спектрах фотолюминесценции продемонстрированы линии излучения, связанные с рекомбинацией свободных и локализованных на примеси экситонов, описаны основные физические характеристики этих каналов рекомбина ции. Показана связь фононных дисперсионных кривых и спектров фо толюминесценции. Приведено модельное представление и основные фи зические характеристики и отличительные свойства электронно-дыроч ной жидкости и электронно-дырочной плазмы, а также результаты тео ретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию фа зовых переходов «газ — жидкость» и «металл — диэлектрик».
Аналогично объемному кремнию, рассмотрена зонная структура напряженных пленок SiGe/Si. Приведены литературные данные о по ложении энергетических минимумов и эффективных массах электро нов и дырок в зависимости от концентрации германия в слое твердого раствора. Описаны результаты современных исследований, связанных с люминесцентными свойствами тонких пленок SiGe.
Проведен анализ современных работ, связанных с фазовыми пе реходами в низкоразмерных системах носителей заряда. Описаны ос новные результаты, полученные для структур на основе прямозонных и непрямозонных соединений. Отмечены вопросы, требующие дополни тельных, как теоретических, так и экспериментальных исследований.
В первой главе приведено описание исследуемых образцов и экспериментальных методик, применявшихся как для структурной ха рактеризации образцов, так и для регистрации спектров люминесцен ции.
Образы представляют собой структуры, состоящие из буферного слоя Si, тонкого (5–60 нм) эпитаксиального слоя твердого раствора SiGe с номинальным содержанием германия 2,9–15% и cap-слоя Si, выращен ные на кремниевой подложке. Рассмотрены механизмы релаксации на пряжения в слое твердого раствора такие, как образование дислокаций несоответствия и искажение плоскости фронта кристаллизации. Опи саны возможности рентгеновской дифрактометрии и рентгеновской ре флектометрии для исследования механизмов сброса напряжения и опре деления толщины и состава слоя SiGe. На рис. 1 приведены рефлекто метрические кривые для двух структур, на которых отмечена область с пониженной интенсивностью интерференционных максимумов. Эта об ласть соответствует деструктивной интерференции лучей, отраженных от поверхности и двух гетeрограниц Si-SiGe. По угловому положению пиков с пониженной интенсивностью можно с высокой ( 0,5 нм) точ ностью определить толщину слоя SiGe и оценить степень размытия его границ. Для всех образцов толщина слоя SiGe, измеренная таким ме тодом, совпадала с его номинальной ростовой толщиной, а степень раз мытия гетерограниц не превышала 1 нм. Далее приведены снимки атомно-силового микроскопа, демонстрирующие образование волнисто го рельефа и дислокационной сетки на поверхности образцов с тонким покровным слоем.
Вторая часть главы посвящена описанию экспериментальных уста новок для измерения спектров стационарной и разрешенной по време ни люминесценции в ближней инфракрасной области, а также спек тров так называемой 2 люминесценции1 в температурном диапазоне 1 2 люминесценцией называется излучение, которое наблюдается при од новременной рекомбинации двух электронов из противоположных долин зоны про водимости и двух дырок из валентной зоны.
В этом случае энергия кванта испускаемого света оказывается близка к удвоенной величине запрещенной зоны.
Рис. 1. Рефлектометрические кривые образцов с квантовыми ямами шириной 5 нм и различным содержанием германия. Наблюдаемая интерференционная картина связана с отражением рентгеновского излучения от поверхности об разца и от границ раздела SiGe/Si. На графиках отмечены углы дифракции при которых отражение от границ кватовой ямы подавляется, что приводит к понижению интенсивности интерференционных максимумов.
2–50 К. Приведены основные характеристики применявшихся лазерных источников излучения, монохроматоров и фотоприемников.
Во второй главе показана взаимосвязь структурных свойств образцов и их спектров низкотемпературной фотолюминесценции, про изведен выбор структур, подходящих для исследования спектров кол лективных состояний, и описаны особенности фотолюминесценции этих квантовых ям при низких плотностях возбуждения ( 0,01 Вт/см ).
В начале главы продемонстрировано влияние особенностей кристалли ческого строения слоев твердого раствора на спектры их люминесцен ции. Показано, что наличие неоднородностей распределения германия по толщине квантовой ямы может приводить к образованию несколь ких слоев твердого раствора с разным составом. В спектрах фотолю минесценции это проявляется в виде дублетной структуры. На спектры структур также влияет механизм релаксации напряжений в слое твер Рис. 2. Температурная зависимость спектров фотолюминесценции при низкой ( 10 мВт/см2 ) плотности мощности возбуждения и аппроксимация линии излучения свободных экситонов формулой (1).
дого раствора. Исходя из соображений однородности структуры и нали чия дефектов, для дальнейших исследований были отобраны квантовые ямы шириной 5 нм.
Предложен метод оценки положения дна экситонной зоны и его дисперсии в квантовой яме. Метод основан на анализе температурной зависимости спектров фотолюминесценции квантовых ям при низких плотностях возбуждения. На рис. 2 приведена температурная зависи мость тонкой структуры спектра излучения квантовой ямы в области TO/LO фононного повторения при плотности возбуждения 10 мВт/см.
Эта зависимость демонстрирует переход от излучения локализованных экситонов, которое наблюдается при низких температурах, к излуче нию свободных экситонов в квантовой яме. Линия излучения свобод ных экситонов претерпевает температурный сдвиг (0,06 мэВ/К) в ко ротковолновую сторону, связанный с флуктуациями потенциала. Форма линии излучения свободного экситона аппроксимировалась выражени Рис. 3. Экспериментальные результаты при температуре 35 К. a) Спектр ста цинарной фотолюминесценции в зависимости от плотности мощности возбуж дения (от 0,16 до 560 Вт/см2 ) б) Спады сигнала фотолюминесценции: 1, 2, 3 — в различных спектральных точках линии излучения квантовой ямы; 4 — сво бодный экситон в Si.
ем [Christen, Bimberg, 1990]:
где — параметр, характеризующий отклонение дна экситонной зоны от среднего значения 0, — эффективная температура экситонов и erf() — функция ошибок. Такой подход позволил определить 0 и оце нить масштаб флуктуаций.
Третья глава посвящена исследованию фазовых переходов «газ — жидкость» и «металл — диэлектрик» в одном из образцов с квантовой ямой Si0,95 Ge0,05 шириной 5 нм. Выбор образца определялся его высо ким структурным совершенством, а также интенсивностью и спектраль ным положением линий излучения квантовой ямы. На рис. 3 приведена зависимость спектров фотолюминесценции от плотности мощности воз буждения при температуре 35 К, демонстрирующая плавный переход от экситонного излучения к излучению плазмы. При промежуточных плотностях возбуждения 1–23 Вт/см наблюдается сосуществование эк ситонов и плазмы. Данные спектры демонстрируют нерезкий характер фазового перехода «экситонный газ — плазма».
Дополнительным аргументом в пользу приведенной выше интер претации служит результат измерения кинетики люминесценции кван товой ямы в различных спектральных точках при 35 К (рис. 3). Зави симость интенсивности низкотемпературной фотолюминесценции име ет характерный неэкспоненциальный спад на всех приведенных длинах волн и, кроме того, спады в разных спектральных точках не параллель ны друг другу. Это естественно для ЭДП ввиду изменения концентра ции носителей в ней.
Качественно иная картина наблюдается при уменьшении темпе ратуры до 5 К и ниже. В этом случае наблюдается стабилизация фор мы линии излучения из квантовой ямы при высоких накачках, а спад сигнала люминесценции близок к экспоненциальному с характерным временем 400 нс. Эти особенности указывают на постоянство концен трации носителей в плазменной фазе, что является признаком обра зования электронно-дырочной жидкости. Независимое доказательство существования конденсированной фазы в квантовой яме может быть получено на основе анализа спадов сигнала фотолюминесценции при 15 К, см. рис. 4. Параллельность спадов (1, 2, 3) указывает на неиз менность формы линии излучения через 950 нс после импульса воз буждения. Для детального анализа кинетики рекомбинации носителей в квантовой яме необходимо учесть захват в квантовую яме свободных экситонов из буфера. В условиях эксперимента скорость захвата экси тонов в квантовую яму пропорциональна их концентрации в объемном кремнии. В этом случае, если в квантовой яме существует несколько независимых каналов рекомбинации с постоянными времени, а кон центрация экситонов спадает экспоненциально с постоянной времени 0 950 нс, результирующий спад люминесценции будет представлять собой сумму экспонент с временами и 0 взятых с разными весами.
Анализ кривых 1, 2, 3, приведенных на рис. 4, показывает, что через 500 нс после импульса возбуждения каждая из них хорошо описы ваются суммой двух экспонент с постоянными времени 0 950 нс и 1 400 нс. Интересным эффектом, подтверждающим существование конденсированной фазы в квантовой яме, является появление «ступень ки» на кривой 4 (рис. 4) соответствующей сигналу фотолюминесценции от свободных экситонов. При наличии фазового расслоения на экситоны Рис. 4. Спады сигнала фотолюминесценции при температуре 15 К, записан ные в разных спектральных областях бесфононной линии излучения кванто вой ямы (см. вставку). Пунктир — аппроксимация спадов суммой двух экспо нент с временами 0 = 950 нс и 1 = 400 нс.
и конденсированную фазу эта «ступенька» является следствием «испа рения» конденсата, хорошо известным для объемных полупроводников.
В четвертой главе продемонстрировано влияние барьера для электронов на работу выхода, равновесную концентрацию и стабиль ность квазидвумерной конденсированной фазы, образующейся в кван товых ямах SiGe/Si.
На рис. 5 приведены фрагменты спектров низкотемпературной фотолюминесценции, демонстрирующие перестройку электронно-дыроч ной системы при температуре 10 К по мере уменьшения концентрации германия в слое SiGe. Для квантовых ям с = 9,6% и 13,8% регистриру ется только одна линия излучения. Это связано с наличием достаточно высокого барьера для электронов в слое SiGe. Это приводит к простран ственному разделению неравновесных носителей и образование конден сированный фазы оказывается невыгодным. В этом случае увеличение накачки сопровождается синим сдвигом излучения квантовой ямы.
Для каждой из структур с 6,9% удается зарегистрировать дублетную структуру, связанную с сосуществованием в квантовой яме конденсированной фазы и экситонного газа. При уменьшении концен трации германия с 9,6% до 6,9% сохраняется 2-й тип зонной диаграм мы, но происходит уменьшение высоты барьера для электронов, что подтверждается незначительным синим сдвигом линии излучения при температуре 5 К. При уменьшении концентрации германия уменьшает ся и высота барьера, увеличивая энергию связи на пару частиц в ЭДЖ.
В случае структур с 2,9–3,5%, в которых следует ожидать наимень шей высоты барьера, работа выхода достигает 6 мэВ, что значительно выше, чем в одноосно деформированном Si (3,8 мэВ).
Для изучения роли барьера в формировании спектра многоча стичных состояний в квантовой яме было проведено детальное иссле дование 2 спектра структуры с = 5% при различных температу рах и интенсивностях накачки. При плотности мощности 2 Вт/см конденсированная фаза наблюдается при аномально высоких темпера турах (25 К), несмотря на очень низкую энергию связи (0,8 мэВ). (см.
рис. 6) Данное явление объясняется влиянием квадрупольного отталки вания пространственно непрямых экситонов на химический потенциал газовой фазы и скорость испарения ЭДЖ. При уменьшении, критиче ская температура ЭДЖ уменьшается несмотря на увеличение энергии связи частиц в ней.
Рис. 5. Спектры низкотемпературной фотолюминесценции квантовой ямы Si1 Ge /Si с различным содержанием германия, отложенные от энергети ческого положения дна экситонной зоны. а) TO-фононное повторение ИК-спектров при температуре 10 К и = 0,2 Вт/см2. При 6,9% в спек трах появляется дублет, состоящий из линии свободного экситона и ЭДЖ; б) 2 спектры при температуре 2 К = 2 Вт/см2. Штриховая линия — теоре тическая аппроксимация экспериментальных данных 3,5% = 1,1 · 1012 см2, 5% = 9,7 · 1011 см2. При 6,9% форма кривой не описывается в рамках модели двумерной ЭДЖ Рис. 6. а) 2 спектры квантовой ямы с = 5% при плотности мощности возбуждения = 2Вт/см2 и различных температурах. Штриховая линия — аппроксимация излучения конденсированной фазы; б) Результат вычитания вклада конденсированной фазы из экспериментальных спектров на рис. 6а, демонстрирующий появление нового канала рекомбинации. Штриховая ли ния — аппроксимация коротковолнового спада формулой = / + 0.
Значения параметра, приведенные на рисунке, примерно вдвое превышают температуру решетки Для детального изучения коллективных эффектов был проведен теоретический анализ формы линии ЭДЖ в 2 спектрах, отсутству ющий в современной литературе. Для описания излучения ЭДЖ была использована модель двумерной электронно-дырочной плазмы, учиты вающая однородное уширение [Landsberg, 1967], описанная в приложе нии. Хорошее согласие экспериментальных и расчетных кривых для конденсированной фазы позволило подробно проследить особенности нестандартного канала рекомбинации в зависимости от температуры и плотности мощности возбуждения. Излучение данного многочастично го состояния наблюдается при температурах 5–32 К в спектрах люминесценции и спектрально смещено в коротковолновую область от носительно линии локализованных многоэкситонных комплексов. Этот канал характеризуется неизменным спектральным положением линии излучения, ее значительным низкочастотным размытием и экспоненци альным коротковолновым спадом, зависящим от плотности мощности возбуждения и температуры, и, предположительно, связан с рекомби нацией заряженных многоэкситонных комплексов.
В приложении предложена модель и развит математический аппарат, позволяющий определять основные термодинамические пара метры электронно-дырочной жидкости по ее форме линии в ИК и спектрах.
В Заключении сформулированы основные результаты и выво ды диссертации.
Основные результаты 1. Исследован электронный спектр многочастичных состояний и про демонстрирована возможность наблюдения фазовых переходов «газ — жидкость» и «металл — диэлектрик» в квазидвумерной системе на основе SiGe.
2. В узких (5 нм) квантовых ямах Si1 Ge /Si с низким ( 7%) содер жанием германия обнаружено образование электронно-дырочной жидкости (ЭДЖ), подтвержденное методами как стационарной, так и разрешенной по времени спектроскопии в ИК и видимой (2 спектры) области.
3. Обнаружено влияние зонной структуры образцов на такие свой ства ЭДЖ, как критическая температура, равновесная концентра ция и энергия связи на пару частиц.
4. Разработана модель для описания формы линии излучения кон денсированной фазы как в ИК, так и в 2 спектрах с учетом однородного уширения.
5. Обнаружены повышение стабильности и уменьшение работы вы хода из ЭДЖ при повышении концентрации Ge до 5–7%, связан ные с квадрупольным отталкиванием пространственно непрямых экситонов в структурах II рода.
6. Обнаружен новый канал рекомбинации, характеризующийся неиз менным спектральным положением линии излучения в 2 спек тре, ее значительным низкочастотным размытием и экспоненци альным коротковолновым спадом, зависящим от плотности мощ ности возбуждения и температуры.
Электронный спектр многофазной системы неравновесных носителей заряда и условия возникновения коллективных эффектов в полупроводниковых квантоворазмерных гетероструктурах
АВТОРЕФЕРАТ
Подписано в печать 23.09.2011. Формат 60 841/16. Усл. печ. л. 1, Тираж 70 экз. Заказ № Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский физико-техни ческий институт (государственный университет)»Отдел оперативной полиграфии «Физтех-полиграф»
141700, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский пер.,