双势垒量子阱薄膜力电耦合特性实验

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1、第!"卷!第"期半!导!体!学!报5678!"!(68"!##$年"月%&'()*)+,-.(/0,1*)2'%,(3-%4,.*/9:8!!##$双势垒量子阱薄膜力电耦合特性实验"谢!斌Q!薛晨阳!张文栋!熊继军!张斌珍"中北大学电子测试技术国家重点实验室!太原!#P##]T#摘要!用分子束外延方法在"##T#dG/A衬底上生长了/7/A%'KdG/A双势垒量子阱薄膜结构8介绍了量子阱薄膜在"TT##与"TT##方向单轴压应力作用下的力电耦合实验!测试出量子阱薄膜在室温下随着外加压力变化的L<=曲线8测试结果表明$量子阱薄膜L<=曲线的共振峰在"TT##方向单轴应力作用下向正偏

2、压方向漂移!在"TT##方向应力作用下向负偏压方向偏移!并分析了量子阱薄膜力电耦合效应的物理成因8该结果与基于量子阱力电耦合特性的介观压阻理论的研究结果相吻合8关键词!纳机电器件&力电耦合&单轴压力&双势垒量子阱@;(($#P##&#OP#(中图分类号!,X"Xa!!!!文献标识码!/!!!文章编号!#!]PYXT$$"!##$##"YT!TTY#]方向的单轴压力!使量子阱薄膜内产生相应的应力!C!前言并用激光喇曼测试仪标定了材料的应力值!同时用半导体特性测试仪测试出不同应力值所对应的L<=随着材料研究的深入!一些纳米材料展现出全曲线!从而分析力学信号对量子阱薄膜电学信号的新的物

3、理性能,物理效应8新一代基于这些新原理,影响!即力电耦合特性分析8新效应的纳机电器件呼之欲出8当器件的特征尺寸达到纳米量级!各种因为尺度变小而产生的效应"包D!基本理论括量子效应#就会凸现出来!在机电结构中的力电耦合特性更加显著!纳米尺度的力学问题也会体现出'T(DIC!量子阱薄膜微分负阻特性新的特征和新的性能8超晶格量子阱的概念是在T^$#年提出后!随着微分负阻是一种反常的L<=特性!即在一段区分子束外延"2M)#和金属有机化学气相沉积域内电流随着电压的增大反而减小!一般称该区域"2,%53#技术及各种刻蚀技术的突破性进展!至为微分负阻区8量子阱是具有微分负阻特性的一种今人们已

4、经能够制造出各种各样的超晶格量子阱材纳米薄膜结构!其基本结构为作为势垒层的宽带隙料8由于超晶格量子阱材料可实现量子尺度效应!材料中夹着纳米级势阱层窄带隙材料8从能带图上并且能够通过改变合金的比例,阱,垒宽度!控制半看!导带上形成了双垒一阱的结构!如图T所示8导体的能带和物理特性!因此它具有广泛的应用其中!结构的两端分别为发射极与集电极!宽前景8!!!带隙材料层为势垒层!势垒之间夹着的窄带隙材料近来!介观压阻理论研究发现$在满足一定的条层为势阱层!J为势阱的第一量子化能级!J为发6L件下!力场的作用同样可以影响量子阱共振遂穿效射极的费米能级!J为发射极导带底能级8在图T?应!使隧穿

5、电流发生变化!此研究结果可用于力学信中通过能带分析了量子阱薄膜的微分负阻特性形成'!#X(号的检测8如果将超晶格薄膜集成于纳机电结的物理成因$构中便可构成新型纳机电系统8笔者通过具体实验"T#当没有偏压时!J!不满足量子阱中电63JL验证了该理论的研究结果8子发生共振的条件!因此没有隧穿电流8本文采用2M)技术在dG/A衬底外延生长了"!#当给双势垒薄膜施加一定偏压后!J?'J6/7/A%'KdG/A超晶格量子阱!用半导体化合物工艺'JL!此时双势垒量子阱中的电子发生共振隧穿&加工出超晶格量子阱的上下电极!然后将制备好的随着偏压的增大!J不断减小!透射几率不断增大!6超晶格薄膜放

6、在特制的夹具上并施加"TT##和"TT##因而电流不断增大8"国家自然科学基金资助项目"批准号$]#P$]#]##Q通信作者8)JGN7$JG?<6D!TOP8?6J!!##OY#^YTX收到!!##$Y#XYT!定稿"!##$中国电子学会$#$#半!导!体!学!报第!"卷张量&#!@!%为声子形变潜能&/为应力8ee对于dG/A晶体而言!本征喇曼频移##g[T!将其他参数带入可以得到"T###晶面应力!O$?J和相对喇曼频移之间的关系方程$/\>A(#%%#"2;G#""#G!量子阱薄膜的制备GIC!薄膜生长首先!采用2M)技术在dG/A衬底上生长出/7/A%'KdG/A双

7、势垒量子阱薄膜结构!其核心部分为双势垒单势阱系统!即/7/A%'K%/7/A8#aTdG#a^/A势垒选择禁带宽度大的/7/A材料!垒宽为!#]个原子层厚度!双势垒之间夹着不掺杂的'K#aTdG#a^/A势阱层8其次!在双势垒两端分别生长一层掺杂浓度图T!微分负阻能带分析图为!bT#T$[P的发射极层和集电极层!为量子阱1N:aT!*?F>JG@N?L6:G@NI>CNLL><>K@NG7?J<>ANA@GK?>DGA>C6KDGKC的隧穿效应提供隧穿电子