Энергетическая релаксация электронов в 2D-канале гетеропереходов GAAS/ALGAAS и транспортные процессы в структурах полупроводник-сверхпроводник на их основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ
|
Смирнов, Константин Владимирович
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2000
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.07
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
РГ5 Ой
П АЗГ ш
СМИРНОВ Константин Владимирович
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ РЕЛАКСАЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ
В 2Ю-КАНАЛЕ ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ САА8/АЬСАА8 И ТРАНСПОРТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СТРУКТУРАХ ПОЛУПРОВОДНИК-СВЕРХПРОВОДНИК НА ИХ ОСНОВЕ
Специальность 01.04.07 - физика твердого тела
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Москва 2000
Работа выполнена в Московском педагогическом государственном университете на кафедре общей и экспериментальной физики.
Научные руководители:
доктор физико-математических наук, профессор ГольцманГ.Н.
кандидат физико-математических наук, профессор Птиципа Н.Г.
Официальные оппоненты:
доктор физико-математических наук,
ЖДАНОВА Н.Г. ,
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник КОШЕЛЕВ О.Г.
Ведущая организация: Институт физики твердого тела РАН.
Защита состоится " 2000 года в часов на
заседании Диссертационного совета К 053.01.03 в Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119435, Москва, ул.М.Пироговская, д.29, ауд.30.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского педагогического государственного университета по адресу: 119435, Москва, ул.М.Пироговская, д. 1.
Автореферат разослан 2000 года.
Ученый секретарь Диссертационного совета
ИЛЬИН В.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Диссертация посвящена изучению электрон-фононного взаимодействия в двумерном электронном газе, образующемся на хранице раздела полупроводников АЮаАэ и ОаЛз, а также созданию на основе гетероперехода ОаАя/АЮаАз и сверхпроводника ИЬЫ гибридных структур сверхпроводник-полупроводник-сверхпроводник и изучению их электрофизических свойств.
Актуальность темы исследований.
Физика систем с пониженой размерностью является одним го актуальных направлений современной науки. Это обусловлено тем, что исследование таких систем имеет как фундаментальное физическое значение, так и большое прикладное значение при создании различных приборов и устройств на их основе.
Наиболее ярким событием в физике двумерных систем, ставшим значительным стимулом для их дальнейшего исследования, является открытие фон Клитцингом в 1980 г. квантового эффекта Холла [1]. В сильных магнитных полях и при достаточно низких температурах в двумерных электронных слоях зависимость измеряемого поперечного холловского сопротивления Ыц от индукции магнитного поля В имеет ряд
плоских ступенек, причем = —г, где № целое число. Таким образом Г<1(
Ыг
квантуется в единицах —. Учитывая высокую точность, стабильность и е
воспроизводимость квантованного холловского сопротивления возможно его признание международным эталоном сопротивления. Другой важной
особенностью величины \ является то, что она образована из тех же
е
фундаментальных физических постоянных, что и постоянная тонкой структуры Зоммерфельда а. Повышение точности измерения постоянной а имеет принципиальное значение, т.к. любое изменение величины а неизбежно затрагивает значения поправок в квантовой и релятивистской теориях и значения других фундаментальных констант. Таким образом, двумерные электронные системы и, в частности, наблюдаемый в них квантовый эффект Холла важны для повышения точности определения фундаментальных постоянных.
Другим важнейшим аспектом исследования двумерных электронных систем является возможность их практического применения для создания различных электронных приборов: биполярных транзисторов на гетеропереходах, селективно легированных транзисторов с высокой
подвижностью электронов, детекторов на основе гетероструктур, светоизлучаютих структур и др. [напр.2-5].
Одной из центральных проблем изучения двумерных электронных систем является исследование электрон-фононного взаимодействия. Многочисленные исследования показывают, что электрон-фононное взаимодействие значительно изменяется в низкоразмерных проводниках и скорость энергетической релаксации электронов существенным образом отличается от случая объемных материалов. В основном, модификация электрон-фононного взаимодействия связана с изменением энергетического спектра электронов: становится существенным квантование энергии электронов в направлении, перпендикулярном плоскости носителей. Энергетический спектр фононов в гетероструктурах не меняется и сами фононы остаются трехмерными. Однако, из-за изменения энергетического спектра электронов, законы сохранения энергии и импульса накладывают определенные ограничения на спектр фононов, участвующих во взаимодействии с электронами, что необходимо учитывать при изучении электрон-фононного взаимодействия.
В магнитном поле, перпендикулярном плоскости гетероперехода, свободному движению электронов в указанной плоскости отвечает круговое движение носителей под действием силы Лоренца. Из-за квантования момента импульса энергия такого периодического движения также будет принимать только дискретные значения. Плотность состояний электронов при этом является системой 5-функциональных пиков (уровней Ландау). В реальной ситуации, при наличии в системе беспорядка, эти пики приобретают конечную ширину. В электронном энергетическом спектре для каждого уровня Ландау возникают связанные (локализованные) и свободные (делокализованные) состояния, определяемые по способности электронов участвовать в процессах проводимости. При исследовании скорости энергетической релаксации в данном случае необходимо учитывать, переходы электронов как внутри уровня Ландау, так и межуровневые переходы, причем с участием носителей, находящихся как в области локализованных, так и делокализованных состояний. Кроме того, изменение энергетического спектра электронов в магнитном поле меняет и спектр фононов, способных участвовать в электрон-фоношюм взаимодействии.
Большой интерес представляют работы, связанные с изучением электрон-фононного взаимодействия в двумерном слое на границе гетероперехода АЮаАБЛЗаАБ. В этом материале достигнуты максимально возможные подвижности по сравнению с другими двумерными структурами, что позволяет с большой точностью изучать электрон-фононное взаимодействие при энергетической релаксации двумерных
носителей. Теоретические и экспериментальные исследования электрон-фононного взаимодействия в гетеропереходах АЮаАз/ОаАя ведутся уже много лет. Однако, получаемые результаты зачастую противоречивы. Существующие эксперименталыше методы определения времени энергетической релаксаций основаны в большей части на измерении подвижности двумерных носителей или мощности энергетических потерь и являются косвенными методами. Прямые измерения в квазиравновесных условиях времени энергетической релаксации дают возможность повысить точность определения скорости электрон-фононного взаимодействия и существенно улучшить его понимание.
В последние годы резко возрос интерес также к гибридным двумерным структурам, в которых высокоподвижный электронный газ (21)ЕО) заключен между двумя сверхпроводящими (Б) контактами ( структуры $-20ЕС-8). В таких структурах появляется возможность наблюдения ряда мезосжопических явлений, имеющих как фундаментальное, так и прикладное значение [б]. В частности, применение гибридных структур в электронно-разогревных детекторах позволяет увеличить чуствительность последних вледствие низкой теплоемкости электронной подсистемы в гетероструктуре [7].
Основной проблемой, возникающей при изготовлении таких структур, является создание прозрачной доя носителей границы между сверхпроводником и полупроводником с 2ШЮ. Эта проблема решается подбором соответствующих сверхпроводниковых и полупроводниковых материалов, граница между которыми обладает малыми барьерами Шотгки. Наиболее привлекательным полупроводниковым материалом для создания таких систем является гетеропереход АЮаАв/ОаАя, на границе которого можно получать 20ЕС с максимально известной в настоящее время подвижностью (вплоть до смг/Вс при гелиевых температурах), что
позволяет реализовать режим баллистического транспорта в структурах с длинами 1>10 мкм или, соответственно, более отчетливо наблюдать особенности такого транспорта при меньших размерах.
Цель работы.
Изучение электрон-фононного взаимодействия в двумерном электронном газе гстероструктур АЮаАз/ОаАз, а также создание на основе АЮаАз/ОаАз и сверхпроводника гибридных структур 8-20-8 и
изучение их электрофизических свойств.
Научная новизна.
1. Впервые в квазиравновесных условиях измерено врем-.г энергетической релаксации те двумерного электронного газа гстероструктур
АЮаАз/ОаАБ в интервале температур Т=4.2-50 К. Полученная температурная зависимость позволила наблюдать переход от области сосуществования пьезоакустического и деформационного механизмов рассеяния к области доминирования рассеяния на деформационном потенциале, а при дальнейшем повышении температуры - переход от рассеяния на акустических фононах к рассеянию на оптических фотонах. В области рассеяния с участием оптических фононов получено характерное время жизни оптического фонола. Показано, что во всем исследуемом нами интервале температур (4.2 К<Т<50 К) скорость энергетической релаксации является функцией только электронной температуры.
2. Впервые в квазиравновесных условиях измерены времена энергетической релаксации двумерных электронов в магнитном поле В, перпендикулярном плоскости носителей. Показано, что квантование энергии электронов в магнитном поле приводит к снижению эффективности электрон-фононного взаимодействия и резкому уменьшению скорости энергетической релаксации.. При В~1 Тл скорость энергетической релаксации уменьшается на порядок по сравнению со случаем В=0. Время энергетической релаксации в магнитном поле, большем 1 Тл, осциллирует, подобно осцилляциям сопротивления Щубникова-де Гааза. В условиях малой неравновесности энергетическая релаксация в гетероструктурах А1-ОаАэ/ОаАз в магнитном поле, перпендикулярном 20 плоскости, реализуется как за счет электрон-фононных переходов внутри уровня Ландау, так и межуровневых переходов. Выделены интервалы магнитных полей, в которых доминируют различные механизмы энергетической релаксации.
3. Создана и исследована новая система сверхпроводник - двумерный электронный газ - сверхпроводник на основе двумерного электронного газа в АЮаАзЮаАБ гетероструктуре с контактами из сверхпроводящего №>>!. Изучена проводимость указанной гибридной структуры. Рассмотрено влияние процессов многократного андреевского отражения на рассеивающих центрах на прозрачность границы сверхпроводник-полупроводник при температурах ниже критической температуры в сверхпроводящих берегах.
Практическая ценность.
1. Полученные знания об электрон-фононном взаимодействии в двумерных структурах имеют фундаментальное физическое значение и могут быть использованы при разработке различных полупроводниковых приборов с 2БЕС.
2. Измеренные времена энергетической релаксации двумерных электронов на гетерогранице АЮаАз/СаАз определяют инерционность
детекторов и смесителей терагерцового диапазона, работающих на электронном разогреве.
3. Созданная гибридная структура на основе гетероперехода
АЮаАзЛЗаЛз и ЫЬЫ в качестве сверхпроводника может быть использована для создания детекторов и смесителей на эффекте электронного разогрева. Значительная нелинейность вольт-амперных характеристик полученных структур делает их весьма перспективными для использования в качестве быстродействующих детекторов субмиллиметрового и инфракрасного диапазонов. Такие детекторы будут обладать рядом преимуществ как перед чисто полупроводниковыми устройствами, так и перед детекторами, созданными на основе тонких сверхпроводниковых пленок.
На защиту выносятся следующие положения: »в гетероструктурах АЮаАэ/ХЗаАз в области температур, отвечающих релаксации энергии двумерных носителей на деформационном потенциале, скорость энергетической релаксации не зависит от электронной температуры; значение те в этой области составляет ге=0.6 не при поверхностной концентрации двумерных носителей п5=4.2-10" см2;
■в электрон-фононном взаимодействии в гетероструктурах А1-ОаАя/ОаАз с концентрацией двумерных носителей п5=4.2-10" см2 рассеяние на оптических фонолах проявляется при электронных температурах Те>25 К;
•для гетерострукгур АЮаАз/СаАз с концентрацией двумерных носителей п3=4.2-10п см2 в области рассеяния электронов с участием оптических фоноиов характерное время жизни оптического фонона составляет ^¿>=4.5 пс;
■в интервале электронных температур 4.2К<Те<50К в гетероструктурах ЛЮзАэ/СаАз время энергетической релаксации двумерных носителей в квазиравновесных условиях совпадает со значением времени энергетической релаксации, полученным при разогреве электронного газа постоянным электрическим током;
■квантование энергии электронов в гетероструктурах АЮаАз/ОаАБ в магнитном поле приводит к снижению эффективности электрон-фопонного взаимодействия и резкому уменьшению скорости энергетической релаксации. При В~1 Тл в исследуемых гетероструктурах скорость энергетической релаксации уменьшается на порядок по сравнению со случаем В=0, при температуре Т=4.2 К;
"время энергетической релаксации двумерных носителей гетероструктур АЮаАя/СаАз с концентрацией пя=5.2-10п см2 при температуре Т=4.2 К в магнитном поле, большем 1 Тл, осциллирует, подобно осцилляциям сопротивления Шубникова-де Гааза;
(J
■в условиях слабой неравновесности энергетическая релаксация в гетероструктурах AlGaAs/GaAs в магнитном поле, перпендикулярном 2D плоскости, осуществляется как за счет электронных переходов внутри уровня Ландау, так и межуровневых переходов; для гетероструктур AlGaAs/GaAs с концентрацией ns=5.2-10n см2 при температуре Т=4.2 К электрон-фононные переходы внутри уровня Ландау преобладают в области больших магнитных полей (фактор заполнения v<4); вклад электрон-фононкых переходов между уровнями Ландау проявляется в области магнитных полей соответствующих V>4;
•в созданных гибридных структурах сверхпроводник - двумерный электронный газ - сверхпроводник на основе двумерного электронного газа в AlGaAs/GaAs гетероструктуре с контактами из сверхпроводящего NbN, существенный вклад в результирующую величину прозрачности границы сверхпроводник - полупроводник при температурах ниже критической температуры в сверхпроводящих берегах, вносят процессы многократного андреевского отражения.
Апробация работы.
Результаты работы были доложены на следующих конференциях:
1. III Всероссийская конференция по физике полупроводников "Полупроводники '97", Москва, 1997.
2. International semiconductor device research symposium, Charlottesville, USA, 1997.
3. The 24th international conference on the physics of semiconductors, Jerusalem, Israel, 1998.
Публикации.
Результаты проведенных исследований изложены в 7 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка публикаций автора и литературы. Объем работы составляет 132 страницы, включая 36 рисунков и 1 таблицу. Библиография включает 99 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность, раскрывается научная новизна и цель выбранной темы, практическая ценность полученных результатов, дается краткий обзор содержания работы.
• . 1
Глава I "Электрон-фононное взаимодействие в двумерном
электронном газе в АЮаАэ/СаАз гетероструктурах" содержит обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию гетероструктур ЛЮзАэ/СаАз.
В §1.1. рассмотрен механизм образования двумерного электронного газа в гетероструктуре АЮаАэ/СаАз и его основные свойства. Показано, что при контакте двух полупроводников — АЮаАэ и ОаАя — в арсениде галия образуется квазитреугольная потенциальная яма, энергия носителей в которой разбивается на, так называемые, энергетические подзоны Е^ соответствующие уровням квантования для движения в направлении нормали к поверхности. Основным свойством двумерных систем является квантование энергии электронов и их плотности состояний в направлении перпендикулярном поверхности.
В §1.2. представлены основные положения теории электрон-фононного взаимодействия в двумерном газе. Выделены две группы нарушений периодичности решетки, приводящие к рассеянию электронов. К нарушениям периодичности первого типа относятся статические дефекты решетки, рассеяние на которых упругое, а следовательно не может вносить вклад в исследуемую нами энергетическую релаксацию двумерных носителей. Для другой группы нарушений периодичности кристаллической решетки характерно отсутствие локализации нарушений, перемещение их по кристаллу. К этой группе относятся в первую очередь тепловые колебания решетки, описываемые при помощи квазичастиц - фононов. Рассеяние носителей на тепловых колебаниях решетки рассматривается как взаимодействие с фононами и скорость энергетической релаксации возбужденных носителей определяется в основном неупругим электрон-фононным взаимодействием.
Также в этом параграфе рассмотрены теоретические работы, посвященные расчету мощности энергетических потерь, приходящихся на один электрон £>„ в зависимости от электронной темепературы Те применительно к двумерному электронному газу гетероперехода А1-ваАз/СаАз. В работах Карпуса [8,9] получены аналитические выражения для ре в области температур 1.5К<Те<20К с учетом пьезоакустического (РА) и деформационного (ОА) механизмов электрон-фононного взаимодействия. Показано, что в указанном диапазоне температур РА и ОА рассеяния оказываются одного порядка. При высоких температурах преобладает ОА-рассеяние (с характерной зависимостью (2е~Те), при низких - РА-рассеяние (С)е~Те3).
В работах [10] было показано, что в области 10 К<Те<20 К рассеяние на деформационном потенциале становится доминирующим ( вклад процессов РА взаимодействия ослабляется) и зависимость полной мощности
энергетических потерь, приходящихся на один электрон, можно представить в виде Q, ~(Г/ -Т'), где у=1.
При высоких температурах преобладающим процессом рассеяния в исследуемых нами гетеропереходах AlGaAs/GaAs является процесс рассеяния на полярных оптических фононах. В работе [11] показано, что указанный механизм релаксации энергии доминирует в области темепратур Т>50 К.
В §1.3. описаны основные особенности электрон-фононного взаимодействия в 2D газе в магнитном поле, перпендикулярном плоскости носителей. Рассмотрено изменение энергетического спектра двумерной электронной системы в магнитном поле, связанное с возникновением уровней Ландау. Также рассмотрено возникновение локализованных и делокализовакных электронных состояний, и вклад межуровневых и внутриуровневых элекгрон-фононных переходов в энергетическую релаксацию носителей. Показано, что изменение энергетического спектра электронов приводит и к изменению спектра фононов, участвующих в электрон-фононном взаимодействии в магнитном поле. Если в отсутствие магнитного поля темп энергетической релаксации определяется равновероятным по всем направлениям излучением высокоэнергичных фононов, то в магнитном поле такие фононы могут излучаться лишь под малыми углами к направлению магнитного поля, что существенно уменьшает скорость энергетической релаксации электронов.
§1.4. посвящен обзору и обсуждению результатов экспериментальных исследований. Рассматриваются различные способы определения темпа энергетической релаксации в гетероструктурах AlGaAs/GaAs и их недостатки. Показано, что на момент начала работы в этих структурах не было ясности в вопросе о величине, температурной зависимости и зависимости от магнитного шля скорости энерегетической релаксации. Обоснована необходимость прямых измерений квазиравновесных времен энергетической релаксации в низкоразмерных структурах.
В §1.5. обосновывается выбор объекта исследования и ставятся основные задачи исследования.
Глава II "Методика измерения времен энергетической релаксации электронов двумерного газа AlGaAs/GaAs гетероструктур и описание исследуемых образцов".
В §2.1. описан применяемый метод миллиметровой спектроскопии с высоким временным разрешением для измерения времени энергетической релаксации в двумерном электронном газе в гетероструктурах на основе AlGaAs/GaAs. В этом методе электромагнитное излучение от двух ламп обратной волны, смещенных по частоте на величину Af, подводится к исследуемому образцу. Поглощение электромагнитного излучения
свободными носителями приводит к разогреву электронного газа и к изменению сопротивления, которое зависит от электронной температуры. Изменение сопротивления образца AR на частоте f=Af измеряется по изменению напряжения постоянного смещения на нем AU. Время релаксации сигнала миллиметровой фотопроводимости определяется по частотной зависимости величины:
«мЛ
Juaiv-r,)'
Также описан вариант реализации метода миллиметровой спектроскопии, связанный с использованием амплитудной модуляции излучения лампы обратной волны. Кроме того, обсуждаются способы обработки результатов измерений, позволяющие выделять исследуемую частотную зависимость сигнала фотопроводимости структур на фоне искажений, присутствующих в эксперименте.
В §2.2. изложены методы измерения осцилляции Шубникова де-Гааза, нахождения концентрации двумерных носителей, определения электронной температуры и оценки условий квазиравновесности измерений.
В §2.3. дано краткое описание исследуемых образцов гетероструктур.
Глава TII "Времена энергетической релаксации на гетерогранице AIGaAs/GaAs в квазнравновеспых условиях".
В §3.1. представлены экспериментальные результаты измерения температурной зависимости времени энергетической релаксации двумерных электронов ге на гетерогранице AIGaAs/GaAs при температурах 4.2-50 К в квазиравновесных условиях и их обсуждение. Полученная в эксперименте
зависимость те(Т) представлена на рис.1. По виду температурной зависимости весь температурный интервал можно разделить на три области: I) область уменьшения те по мере роста температуры (4.2 К<Т<10К); 2) область, где время энергетической релаксации не зависит от Т re=const (10 К<Т<21 К); 3) область резкого уменьшения
Ж
- * i ■ Т» £
Ж
•
*
X ■
Т, К
Рис.1. Температурная зависимость времени энергетической релаксация.
времени энергетической релаксации,
начинающаяся при Т~25 К.
Первый, низкотемпературный интервал 4.2-10 К, как следует из теоретического рассмотрения [8,9], находится в переходной области сосуществования процессов рассеяния, обусловленных пьезоакустическим рассеянием (РА) и рассеянием на деформационных акустических фонсна.-:
(ОА). При повышении температуры рассеяние на деформационном потенциале, не проявляющееся при низких температурах, становится все более значимым, приводя к замедлению падения те по мере увеличения температуры.
Наблюдаемое нами постоянство времени энергетической релаксации в интервале температур 10 К<Т<21 К соответствует, согласно [10], доминированию БА-процессов рассеяния (энергетические потери вида <Зе~(Те2-Т2). Значение времени релаксации, полученное нами в этой области, тОА=0.6 не.
Третий, высокотемпературный интервал на зависимости ге(Т), где наблюдается быстрое падение времени энергетической релаксации (Т>25 К), мы связываем с влиянием оптических фононов.
Определенное из значений ге при Т>35К характерное время жизни оптического фонона составило Тю~4.5 пс. Оно оказывается в 30 раз больше времени спонтанного излучения оптического фонона, что связано с многократным перегоглощением фононов электронами.
Из полученных результатов рассчитана температурная зависимость мощности энергетических потерь от электронной температуры. Хорошее соответствие значений С)е, полученных в условиях сильного разогрева постоянным электрическим током, и из расчета по значениям те, полученным в квазиравновесных условиях, показывает, что те действительно является функцией только электронной температуры во всем исследуемом нами температурном диапазоне.
В §3.2. представлены результаты измерения времени энергетической релаксации двумерных носителей в магнитном поле 0 Тл<В<4 Тл,
перпендикулярном 20 плоскости, и их обсуждение.
На рис.2. представлены зависимости о с цилляцио иного
вклада в сопротивление и сигнала фотопроводимости на малой частоте модуляции миллиметрового
излучения А £=2 кГц. Измерения сигнала нерезонанедай
миллиметровой фотопроводимости А{7 показали, что в магнитном поле А1/ осциллирует подобно осцилляциям сопротивления
Сигнал
200
р 100
О
р" < 0
-100
1200
5 1000
800
Р
о 600
ВС 400
<
200
А* 4 (Л А
-----" «л!)! н \
2
е. Тл
Рис.2. а) - зависимость сигнала
нерезояансной фотопроводимости /Ш на ЩубнИКОВа-Де Гааза,
частоте Т=2кГи от магнитного шля В, _ „ _
6) - зависимость оецшлмионгого вклада ДК. биПОЛЯрНЬШ: В области минимума
в сопротивление структуры от магнитного сопротивления В ОСЦИЛЛЯЦИЯX. поля В
Щубникова-де Гааза А<7
о.а 0.5 1.0 1.5 га 2.5 з.о 35 да
В,Тл
Рис.3. Зависимость скорости энергетической релаксации от магнитного поля В .
соответствует росту сопротивления при поглощении электромагнитного излучения, а в области максимума Я - уменьшению сопротивления. Сигнал Д1/ несимметричен относительно нуля: в минимуме Я он значительно больше.
В диапазоне магнитных полей 03.6 Тл были проведены измерения зависимостей сигнала
фотопроводимости ДV от А£ Из этих измерений были получены значения г;1 (В) (рис.3).
Эксперимент показывает, что с ростом В электрон-фононное взаимодействие становится менее эффективным и при В»1.2Тл скорость энергетической релаксации
уменьшается на порядок по сравнению с ее значением при В=0. В области
£
больших магнитных полей (В>1 Тл, фактор заполнения V3—— <8) на
Пас
зависимости г;'(В) наблюдаются осцилляции. Глубина осцилляции возрастает с ростом В. На рис. 3 стрелками показано значение В, соответствующее максимуму сигнала фотопроводимости (минимуму К). Видно, что при В>2.5 Тл минимум ге' наблюдается при значениях В, соответствующих минимуму 11, а при В<2 Тл - максимуму Я.
Наблюдаемое в эксперименте значительное уменьшение гГ' в магнитном поле мы связываем с изменением спектра фононов, участвующих в электрон-фононном взаимодействии. Если в отсутствие магнитного поля темп энергетической релаксации определяется излучением фононов с энергией «кТ, то в магнитном поле такие фононы могут излучаться лишь под малыми углами к направлению магнитного поля, что существенно уменьшает скорость энергетической релаксации электронов.
Полученные значения т~' в значительной части диапазона магнитных полей описывают неупругую релаксацию, связанную с переходами электронов внутри уровней Ландау. Скорость энергетической релаксации при внутриуровневой релаксации существенно зависит от плотности состояний и возрастает при электрон-фононных переходах, происходящих в области энергий, соответствующих большой плотности состояний. Лишь в области малых магнитных полей в переходной области В возможны и межуровневые переходы, связанные с тем, что частично заполненными оказываются несколько уровней Ландау. Хотя вероятность испускания высокоэнергичных межуровневых фононов значительно меньше, чем фононов с малыми энергиями, в релаксацию они вносят значительный вклад
из-за большого изменения энергии электрона в каждом акте излучения. Скорость энергетической релаксации, определяемая этими переходами, максимальна, когда уровень Ферми попадает в область локализованных состояний между уровнями Ландау.
Условия, соответствующие энергетической релаксации за счет внутриуровневых переходов, в полной мере реализуются в нашем эксперименте при В>2 Тл. В области промежуточных магнитных полей 1 Тл<В<2 Тл значительный вклад в релаксацию энергии двумерных электронов вносят межуровневые элсктрон-фононные переходы. I
В §3.3. сформулированы основные выводы главы.
Глава IV "Многократное андреевское отражение в гибридных структурах па основе сверхпроводящего нитрида ниобия и гетероперехода AIGaAs/GaAs".
Данная глава посвящена проблеме создания, изучения и использования гибридных структур сверхпроводник — двумерный электронный газ - сверхпроводник.
В §4.1. представлен обзор литературы по этой проблеме. Особое внимание, вследствие большой практической значимости, уделено созданию структур с большой подвижностью двумерных носителей, в которых осуществляется режим баллистического транспорта. Также рассмотрен процесс андреевского отражения при протекании тока через границу раздела нормальнопроводящей и сверхпроводящей областей. В заключении параграфа обосновывается выбор объекта исследования и ставятся задачи исследования.
В §4.2. описан использованный нами технологический маршрут изготовления гибридных структур S-2D-S на основе гетеропереходов А1-GaAs/GaAs и NbNrB качестве сверхпроводника.
В §4.3. представлены результаты экспериментального исследования и их обсуждение.
' В полученных гибридных структурах нами были проведены исследования ряда электрофизических характеристик. Были изучены особенности температурной зависимости сопротивления, вольт - амперные характеристики структур, зависимости дифференциального сопротивления структур от напряжения при различных температурах.
Температурная зависимость сопротивления структуры показывает, что после перехода NbN-полосок в сверхпроводящее состояние при Т«11 К и дальнейшем понижении температуры, сопротивление структуры практически не изменяется в интервале температур от 9 К до 11К
(-180Ом), а ниже 8.7К оно следует зависимости вида R~ехр(——), где
к„Т
Д«1.6 мэВ ( кв-постоянная Больцмана) и падает вплоть до значения Rmm=35 Ом при 4.2 К. Если воспользоваться известным соотношением
в 1 Е 1
< А А I 2 Л
- 1 Ь М 2-Х 3-1 •4.2 К =5.0 К =8.1 К
1 1
-20 -15 -10 -5 б 5 10 1Я 20
и.мВ
Ряс. 4. Зависимости дифференциального сопротивления структуры от напряжения
2Д(0)=4.1квТс для ЖИ, то значение Д точно соответствует ТС1=8.7 К-температуре, с которой начинается указанная зависимость сопротивления.
Вольт-амперные характеристики образца, измеренные при различных температурах, в области температур Т<8.7 К демонстрируют наличие избыточного тока, величина которого растет при понижении температуры. В области Т>8.7 К избыточного тока нет.
На рис.4 приведены зависимости дифференциального сопротивления структуры ЫЫ^-ОаАз/АЮаАБ-'ЫЪН от напряжения Н,)(и)=с1и/с11(и) при различных температурах. При и=0 наблюдается глубокий минимум дифференциального сопротивления, глубина которого уменьшается с ростом температуры. При
и~2Л/е~3.5 мВ на зависимостях Я^Ц) наблюдается излом (положение его, отмеченное на рис.4 точкой А, слабо адо-д щи) при различных температурах. изменяется при шменении Т, а Сам ОН
сглаживается с ростом Т). При существенно больших напряжениях (~14 мВ при Т=4.2 К) наблюдается вторая отчетливая особенность в виде максимума дифференциального сопротивления (точка В на рис.4), положение которого практически точно описывается выражением итах~(ТС1-Т) .
Указанные особенности проводимости исследуемых структур рассматриваются нами как признаки многократного андреевского отражения на границе 20С0 и сверхпроводника, определяющего в свою очередь высокую прозрачность границы полупроводник-сверхпроводник.
В контрольных образцах, изготовленных на подложках с объемным слоем вырожденного ОаАБ, основные особенности проводимости, отмеченные в структурах с 2ВЕО-каналом, сохранялись.
В полученных гибридных структурах 5-20-8 на основе гетероперехода АЮаАз/ОаАБ и сверхпроводника нами измерено время энергетической релаксации ге при температуре Т=4.2 К. Полученное значение те (~0.9 не) не отличается от значения времени энергетической релаксации для длинноканальных структур. По-видимому, в данном случае эффективному диффузионному механизму охлаждения носителей через контакты препятствует андреевское отражение.
В §4.4. сформулированы основные выводы.
В заключении сформулированы основные результаты работы и выводы.
Основные результаты работы.
1. Использованный нами прямой метод миллиметровой спектроскопии с высоким временным разрешением для определения времени энергетической релаксации в двумерном электронном газе гетероструктур ОаАэ/АЮаАз позволил определить температурную зависимость те в интервале Т=4.2-50 К и наблюдать переход от области сосуществования РА- и ОА- процессов (при 4.2 К<Т<10 К) к области доминирования рассеяния на деформационном потенциале (при 10К<Т<21 К), а при дальнейшем повышении температуры - переход от акустического рассеяния к рассеянию на оптических фононах (при Т>25 К). В области рассеяния на деформационном потенциале, отвечающей постоянству скорости энергетической релаксации, получено значение г е=0.6 не. В области рассеяния с участием оптических фононов получено характерное время жизни оптического фонона равное тю=4.5 пс. Также показано, что во всем исследуемом интервале температур скорость энергетической релаксации является функцией только электронной температуры.
2. Впервые прямым методом в квазиравновесных условиях измерены времена энергетической релаксации двумерных электронов в гетероструктурах АЮаАв/ОаАБ в магнитных полях, соответствующих квантовому эффекту Холла. Показано, что квантование энергии электронов в магнитном ноле приводит к снижению эффективности электрон-фононного взаимодействия и резкому уменьшению скорости энергетической релаксации. В гетероструктурах АЮаАз/ОаАБ с концетрацией п5=5.2-10п см2 при температуре Т=4.2К время энергетической релаксации в магнитном поле, соответствующем фактору заполнения у>8, осциллирует, подобно осцилляциям Шубникова-де Гааза. В условиях малой неравновесности энергетическая релаксация в гетероструктурах АЮаАзЛЗаАз при влиянии магнитного поля, перпендикулярного 20 плоскости, реализуется как за счет электронных переходов внутри уровня Ландау, так и межурозневых переходов. Электрон-фононное взаимодействие внутри уровня Ландау преобладает в области больших магнитных полей. Вклад электрон-фононных переходов между уровнями Ландау проявляется в области промежуточных магнитных полей.
3. Создана и исследована новая система 8-20Е0-5 на основе двумерного электронного газа в АЮаАз/ОаАз-гетероструктуре с контактами из сверхпроводящего №>1\[. Наблюдаемые особенности проводимости указывают на существенный вклад процессов множественного андреевского отражения на рассеивающих центрах в результирующую величину прозрачности границы сверхпроводник-полупроводник при температурах
ниже критической температуры в сверхпроводящих берегах. Применение NbN в качестве контактов в структурах типа S-2D-S имеет ряд преимуществ по сравнению с одноэлементными сверхпроводниками, вследствие значительной разупорядоченности NbN в пленках, что способствует повышению прозрачности границы S-2D из-за влияния процессов многократного андреевского отражения. Кроме того, высокая температура сверхпроводящего перехода NbN позволяет получать более существенные плотности критического тока при тех же температурах по сравнению с одноэлементными сверхпроводниками.
Значительная нелинейность вольт-амперных характеристик полученных структур делает их весьма перспективными для использования в качестве быстродействующих детекторов на эффекте электронного разогрева, например, субмиллиметрового и инфракрасного диапазонов.
Публикации по теме диссертации.
1. Веревкин А.А., Птицина Н.Г., Смирнов К.В., Гольцман Г.Н., Гершензон Е.М., Ингвессон К.С., "Прямые измерения времен энергетической релаксации на гетерогранице AlGaAs/GaAs в диапазоне 4.2 - 50 К.", Письма в ЖЭТФ, т. 64(5), 371-375, 1996.
2. А.А.Веревкин, Н.Г.Птицина, К.В.Смирнов. Г.Н.Гольцман, Е.М.Гершензон, К.С.Ингвессон, "Время энергетической релаксации двумерного электронного газа в AlGaAs/GaAs-гетероконтакте в квазиравновесных условиях.", Ш Всероссийская конференция по физике полупроводников "Полупроводники '97", 229, 1997.
3. A.A.Verevkin, N.G.Ptitsina, K.V.Smirnov. G.N.Gol'tsman, E.M.Gershenzon, K.S.Yngvesson," Direct Measurements of Electron Energy Relaxation Times at an AlGaAs/GaAs Heterointerface in the Optical Phonon Scattering Range.", International semiconductor device research symposium, Charlottesville, USA, pp.55-58, 1997.
4. A.A.Verevkin, N.G.Ptitsina, K.V.Smirnov. G.N.Gol'tsman, E.M.Gershenzon, K.S.Yngvesson, "Hot electron bolometer detectors and mixers based on a superconducting-two-dimensional electron gas superconductor structure.", International semiconductor device research symposium, Charlottesville, USA, pp.163-166,1997.
5. N.G.Ptitsina, A.A.Verevkin, K.V.Smirnov. G.N.Gol'tsman, E.M.Gershenzon, and K.S.Yngvesson, "Energy relaxation of 2D-electrons in magnetic fields corresponding to filling factors vS3", The 24th international conference on the physics of semiconductors, Jerusalem, Israel, pp. 1-5, 1998.
6. А.А.Веревкин, Н.Г.Птицина, КБ.Смирнов. Г.Н.Гольцман, Е.М.Гершензон, К.С.Ингвессон, "Множественное андреевское отражение в гибридных структурах на основе сверхпроводящего нитрида ниобия и
ID
гетероперехода AlGaAs/GaAs", Физика и техника полупроводников, т.ЗЗ, вып.5, с.590-593, 1999.
7. Смирнов К.В., Птицина Н.Г., Вахтомин Ю.Б., Веревкин А.А., ГольцманГ.Н, Гершензон Е.М. "Энергетическая релаксация двумерных электронов в области квантового эффекта Холла", Письма в ЖЭТФ, т.71, вып. 1, с.47-52, 2000.
Литература.
1. von Klitzing К., Dorda G., Pepper M. "New Method for High-Accuracy Determination of the Fine-Structure Contact Based on Quantized Hall Resistance", Phys. Rev. Letters, v.45, p.494-497, (1980).
2. McLevide W.V., Yuan H.T., Duncan W.M., Frensley W.R., Doerbeck F.H., Morkoc H., Drummond T.J. "GaAs/AlGaAs Heterojunction Bipolar Transistors for Integrated Circuit Applications", IEEE Electron Device Lett., v.EDL-3, pp.4345, (1982).
3. Delagebeaudeuf D., Delescluse P., Etienne P., Lavirov M., Chaplart J.,Linh N.T. "Two-dimensional Electron Gas M.E.S.F.E.T. Structure", Electron.Lett., v.16, pp.667-668, (1980).
4. I-Yang, F.Agahi, D.Dai, C.Musante, W.Grammer, K.M.Lau, K.S.Yngvesson "Wide-bandwidth electron bolometric mixers: a 2Deg prototype and potential for low noise Thz receivers", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., v. MTT 41, pp.581-589, (1993).
5. Casey H.C.Jr., Panish M.B. "Heterostructure Lasers", Part A: "Fundamental Principles", 272p., Academic Press, New York, (1978).
6. T.M.Klapwijk "Mesoscopic superconductor-semiconductor heterostructures", Physica B, v.197, pp.481-499, (1994).
7. E.M.Gershenzon, Yu.P.Gusev, G.N.Gol'tsman, A.D.Semenov, R.S.Nebosis, M.A.Heusinger, K.F.Renk "Broadband ultra-fast superconducting NbN detector for electromagnetic radiation", J.Appl.Phys., 75, pp.3695-3697, (1994).
8. В.Карпу с "Энергетическая релаксация двумерных электронов при пьезоакустическои рассеянии", ФТТ1,т.22, с.439-449, (1988).
9. В-Карпус, "Энергетическая и импульсная релаксация двумерных носителей заряда при взаимодействии с деформационными акустическими фононами", ФТП, т.20, вып.1, с.12-19, (1986).
10. K.Hirakawa, H.Sakaki "Energy relaxation of two-dimensional electrons and the deformation potential constant in selectivety doped AlGaAs/GaAs heterojunctions", Appl.Phys.Lett., v. 49(4),pp.889-891, (1986).
11.N.G.Asmar, A.G.Markelz, E.G.Gwinn, J.Cerne, and M.S.Sherwin, K.L.Campman, P.F.Hopkins, and A.C.Gossard "Resonant-energy relaxation of terahertz-driven two-dimensional electron gases", Phys. Rev. B, v.51, pp.18041-18044,(1995).
Введение
Глава I. Электрон-фононное взаимодействие в двумерном электронном газе в АЮаАзАЗаАз гетероструктурах.
1.1. Основные свойства двумерного электронного газа в гетероструктурах АЮаАз/ОаАз.
1.2. Основные положения теории электрон-фононного взаимодействия в двумерном газе.
1.3. Электрон-фононное взаимодействие в двумерном электронном газе в магнитном поле В, перпендикулярном 20 слою.
1.4. Обзор экспериментальных результатов.
1.5. Выбор объекта исследования и постановка задачи.
Глава II. Методика измерения времен энергетической релаксации электронов двумерного газа АЮаАэ/ОаАз гетероструктур и описание исследуемых образцов.
2.1. Методика измерения времен энергетической релаксации в 20 газе АЮаАз/СаАз гетероструктур.
2.2. Осцилляции Шубникова-де Гааза. Оценка условий квазиравновесности измерений времен энергетической релаксации в АЮаАз/ОаАэ гетероструктурах.
2.3. Исследуемые структуры на основе одиночного гетероперехода АЮаАз/ОаАз.
Глава III. Время энергетической релаксации на гетерогранице АЮаАзЛлаАз в квазиравновесных условиях.
3.1. Время энергетической релаксации 2Э электронов в диапазоне температур 4.2 - 50 К.
3.2. Время энергетической релаксации электронов в магнитном поле, перпендикулярном 2D слою.
3.3. Выводы.
Глава IV. Многократное андреевское отражение в гибридных структурах на основе сверхпроводящего нитрида ниобия и гетероперехода AlGaAs/GaAs.
4.1. Обзор литературы и постановка задачи.
4.2. Создание гибридных структур S-2D-S на основе гетероструктур AlGaAs/GaAs и NbN в качестве сверхпроводника.
4.3. Экспериментальные результаты и их обсуждение.
4.4. Выводы.
Физика систем с пониженной размерностью является одним из актуальных направлений современной науки. Это обусловлено тем, что исследование таких систем имеет как фундаментальное физическое значение, так и большое прикладное значение при создании различных приборов и устройств на их основе.
Началом систематического исследования двумерного электронного газа - системы электронов, движение которых свободно только в двух пространственных измерениях, а их движению в третьем измерении соответствует дискретный энергетический спектр, можно считать работы двух групп авторов: М.И.Елинсона, Д.Н.Корнева, В.Н.Луцкого, Ю.Ф.Огрина [1,2] и А.Фаулера, Ф.Фенга, У.Говарда, П.Стайлса [3]. Первая группа авторов исследовала явления переноса в тонких пленках висмута и из осциллирующего характера зависимостей был сделан вывод о квантовании энергии электронов в направлении, перпендикулярном пленке. Вторая группа авторов, исследовавших транзисторы на основе перехода металл-диэлектрик-полупроводник (МДП - транзисторы), сделала вывод о двумерном характере проводимости в этих структурах на основе наблюдений осцилляций Шубникова-де Гааза. Позднее были обнаружены и исследованы другие двумерные объекты: электронный газ на границе раздела полупроводников с модулированным легированием [4], электронный газ, образующийся над поверхностью жидкого гелия [5], на поверхности германия при скалывании последнего в жидком гелии [6] и др.
Развитие полупроводниковой технологии, и прежде всего молекулярнолучевой эпитаксии [7], при использовании которой возможно обеспечивать исключительно точное управление химическим составом и легированием, получение монокристаллических многослойных структур с толщиной слоя лишь в несколько атомных слоев, безусловно делает более перспективным использование полупроводниковых двумерных систем.
Наиболее ярким событием в физике двумерных систем, ставшим значительным стимулом для их дальнейшего исследования, является открытие фон Клитцингом в 1980 г. квантового эффекта Холла [8]. В сильных магнитных полях и при достаточно низких температурах в двумерных электронных слоях зависимость измеряемого поперечного холловского сопротивления RH от индукции магнитного поля В становится не линейной ( как в случае обычного эффекта Холла), а имеет h ряд плоских ступенек, причем RH = —-, где N- целое число. Таким
Ne h h образом RH квантуется в единицах — (-т = 25812.808.Ом). Справедливость е е данного выражения доказана экспериментально с относительной точностью порядка 10"7. Измерения показали также, что на точности квантования RH не сказываются такие, казалось бы, существенные параметры эксперимента, как размеры образцов, степень совершенства структур, сила измерительного тока, тип материала, в котором находится двумерный электронный газ, и др. Высокая экспериментальная точность квантования холловского сопротивления позволяет использовать квантовый эффект Холла в метрологии для создания нового эталона сопротивления. Учитывая высокую точность, стабильность и воспроизводимость квантованного холловского сопротивления возможно признание фундаментального сопротивления rh =~ международным е эталоном сопротивления. Другой важной особенностью величины ~ е является то, что она образована из тех же фундаментальных.физических постоянных, что и постоянная тонкой структуры Зоммерфельда а, в е2 которую входит и скорость света с (а = —). Постоянная тонкой структуры he а является важнейшей фундаментальной константой, т.к. она не имеет размерности, а ее значение а»1/137 не зависит от системы единиц. Повышение точности измерения постоянной а имеет принципиальное значение, т.к. любое изменение величины а неизбежно затрагивает значения поправок в квантовой и релятивистской теориях и величину других фундаментальных констант ( например, постоянной Фарадея ^ и др.). Таким образом, двумерные электронные системы и, в частности, наблюдаемый в них квантовый эффект Холла важны для повышения точности определения фундаментальных постоянных.
Другим важнейшим аспектом исследования двумерных электронных систем является возможность их практического применения для создания различных электронных приборов. К таким новым электронным приборам относятся биполярные транзисторы на гетеропереходах [9,10], селективно легированные транзисторы с высокой подвижностью электронов [11,12], детекторы на основе гетероструктур [13], светоизлучающие структуры [14,15] и др.
Одной из центральных проблем изучения двумерных электронных систем является исследование электрон-фононного взаимодействия. Многочисленные исследования показывают, что электрон-фононное взаимодействие значительно изменяется в низкоразмерных проводниках ( квантовых ямах, гетеропереходах) и скорость энергетической релаксации электронов существенным образом отличается от случая объемных материалов. В основном, модификация электрон-фононного взаимодействия связана с изменением энергетического спектра электронов: становится существенным квантование энергии электронов в направлении перпендикулярном плоскости гетерограницы. Энергетический спектр фононов в гетероструктурах не меняется и сами фононы остаются трехмерными, т.к. для фононов практически полностью отсутствует граница между двумерным слоем и объемным материалом. Однако, из-за изменения энергетического спектра электронов законы сохранения энергии и импульса накладывают определенные ограничения на спектр фононов, участвующих во взаимодействии с электронами, что необходимо учитывать при изучении электрон-фононного взаимодействия.
В магнитном поле, перпендикулярном плоскости гетероперехода, свободному движению электронов в указанной плоскости будет отвечать круговое движение носителей под действием силы Лоренца. Из-за квантования момента импульса энергия такого периодического движения также будет принимать только дискретные значения. Плотность состояний электронов при этом будет являться системой 5-функциональных пиков ( уровней Ландау). В реальной ситуации, при наличии в системе беспорядка, эти пики приобретают конечную ширину. В электронном энергетическом спектре для каждого уровня Ландау возникают связанные (локализованные) и свободные (делокализованные) состояния, определяемые по способности электронов участвовать в процессах проводимости. При исследовании скорости энергетической релаксации в данном случае необходимо учитывать переходы электронов как внутри уровня Ландау, так и межуровневые переходы, причем с участием носителей, находящихся как в области локализованных, так и делокализованных состояний. Кроме того, изменение энергетического спектра электронов в магнитном поле меняет и спектр фононов, способных участвовать в электрон-фононном взаимодействии.
Большой интерес представляют работы, связанные с изучением электрон-фононного взаимодействия в двумерном слое на границе гетероперехода АЮаАз/ОаАэ. В этом материале достигнуты максимально возможные подвижности по сравнению с другими двумерными структурами, что позволяет с большой точностью изучать электрон-фононное взаимодействие при энергетической релаксации двумерных носителей. Теоретические и экспериментальные исследования электронфононного взаимодействия в гетеропереходах АЮаАз/ОаАэ ведутся уже много лет. Однако, получаемые результаты зачастую противоречивы. Существующие экспериментальные методы определения времени энергетической релаксации основаны в основном на измерении подвижности двумерных носителей или мощности энергетических потерь и являются косвенными методами. Прямые измерения в квазиравновесных условиях времени энергетической релаксации, определяемого только неупругим взаимодействием электронов с фононами и не зависящего от упругого рассеяния на примесях, дают возможность повысить точность измерений и существенно улучшить понимание процессов электрон-фононного взаимодействия.
В последние годы резко возрос интерес также к гибридным двумерным структурам, в которых высокоподвижный электронный газ (2ЭЕО) заключен между двумя сверхпроводящими (8) контактами ( структуры 8-2БЕО-8). В данных структурах появляется возможность наблюдения ряда мезоскопических явлений, имеющих как фундаментальное, так и прикладное значение [16,17]. В частности, применение гибридных структур в электронно-разогревных детекторах позволяет увеличить чуствительность последних вледствие низкой теплоемкости электронной подсистемы в гетероструктуре[ 18-20].
Основной проблемой, возникающей при создании таких структур, является создание прозрачной границы между сверхпроводником и полупроводником с 2БЕО. Эта проблема решается подбором соответствующих сверхпроводниковых и полупроводниковых материалов, граница между которыми обладает малыми барьерами Шоттки. Большинство работ такого рода представляют результаты изучения свойств структур, в которых 2БЕО с высокой подвижностью формируется в симметричной квантовой яме, что позволяет избежать проблемы обеднения краевых областей полупроводниковой меза-структуры. Однако, наиболее привлекательным полупроводниковым материалом для создания таких систем является гетеропереход АЮаАзЛлаАБ, на границе которого можно получать с максимально известной в настоящее время
6 2 подвижностью (вплоть до //-10 см /Вс при гелиевых температурах), что позволяет реализовать режим баллистического транспорта в структурах с длинами Ь>10 мкм или, соответственно, более отчетливо наблюдать особенности такого транспорта при меньших размерах.
Таким образом, актуальность темы диссертационной работы определяется тем, что представляемые исследования двумерных систем на основе гетероперехода АЮаАзЛЗаАз имеют как фундаментальное, так и прикладное значение.
Целью данной работы является изучение электрон-фононного взаимодействия в двумерном электронном газе гетероструктур АЮаАзЛлаАБ, а также создание на основе АЮаАз/ваАз и сверхпроводника ММ гибридных структур 8-2Э-8 и изучение их электрофизических свойств.
Предметом работы является: измерение температурной зависимости времени энергетической релаксации двумерных носителей в гетероструктурах АЮаАз/ОаАэ в интервале температур 4.2 К<Т<50 К; выделение температурных интервалов, отвечающих доминированию различных механизмов электрон-фононного взаимодействия; измерение времени энергетической релаксации двумерных носителей в гетероструктурах АЮаАз/ОаАБ в магнитном поле В, перпендикулярном 2D плоскости; выяснение роли локализованных и делокализованных состояний электронов в процессах энергетической релаксации; создание гибридной структуры сверхпроводник - двумерный электронный газ - сверхпроводник на основе двумерного электронного газа в АЮаАв/ОаАБ гетероструктуре и ЫЬЫ в качестве сверхпроводника; изучение проводимости полученных структур, выявление влияния андреевского отражения на прозрачность перехода двумерный электронный газ - сверхпроводник.
Научная новизна проведенных исследований состоит в следующем:
1. Впервые методом миллиметровой спектроскопии в квазиравновесных условиях измерено время энергетической релаксации те двумерного электронного газа гетероструктур АЮаАзЛЗаАз в интервале температур Т=4.2-50 К. Полученная температурная зависимость позволила наблюдать переход от области сосуществования пьезоакустического и деформационного механизмов рассеяния к области доминирования рассеяния на деформационном потенциале, а при дальнейшем повышении температуры - переход от рассеяния на акустических фононах к рассеянию на оптических фононах. В области рассеяния с участием оптических фононов получено характерное время жизни оптического фонона. Показано, что во всем исследуемом нами интервале температур (4.2 К<Т<50 К) скорость энергетической релаксации является функцией только электронной температуры.
2. Впервые методом миллиметровой спектроскопии в квазиравновесных условиях измерены времена энергетической релаксации двумерных электронов в магнитном поле В, перпендикулярном плоскости носителей. Показано, что квантование энергии электронов в магнитном поле приводит к снижению эффективности электрон-фононного взаимодействия и резкому уменьшению скорости энергетической релаксации. При В~1 Тл скорость энергетической релаксации уменьшается на порядок по сравнению со случаем В=0. Время энергетической релаксации в магнитном поле, большем 1 Тл, осциллирует, подобно осцилляциям сопротивления Шубникова-де Гааза. В условиях малой неравновесности энергетическая релаксация в гетероструктурах и
АЮаАзЛлаАБ в магнитном поле, перпендикулярном 2D плоскости, реализуется как за счет электрон-фононных переходов внутри уровня Ландау, так и межуровневых переходов. Выделены интервалы магнитных полей, в которых доминируют различные механизмы энергетической релаксации.
3. Создана и исследована новая система сверхпроводник - двумерный электронный газ - сверхпроводник на основе двумерного электронного газа в АЮаАз/ОаАэ гетероструктуре с контактами из сверхпроводящего
Изучена проводимость указанной гибридной структуры. Рассмотрено влияние процессов многократного андреевского отражения на рассеивающих центрах на прозрачность границы сверхпроводник-полупроводник при температурах ниже критической температуры в сверхпроводящих берегах.
Практическая значимость работы:
1. Полученные знания об электрон-фононном взаимодействии в двумерных структурах имеют фундаментальное физическое значение и могут быть использованы при разработке различных полупроводниковых приборов с 2БЕО.
2. Измеренные времена энергетической релаксации двумерных электронов на гетерогранице АЮаАзЛЗаАБ определяют инерционность детекторов, работающих на электронном разогреве, а также смесителей терагерцового диапазона.
3. Созданная гибридная структура 8-2Б-8 на основе гетероперехода АЮаАзЛлаАз и МэИ в качестве сверхпроводника может быть использована для создания детекторов и смесителей на эффекте электронного разогрева. Значительная нелинейность вольт-амперных характеристик полученных структур делает их весьма перспективными для использования в качестве быстродействующих детекторов субмиллиметрового и инфракрасного диапазонов. Такие детекторы будут обладать рядом преимуществ как перед чисто полупроводниковыми устройствами, так и перед детекторами, созданными на основе тонких сверхпроводниковых пленок.
Проведенные исследования позволили получить следующие результаты, которые выносятъся на защиту. в гетероструктурах АЮаАэ/СаАз в области температур, отвечающих релаксации энергии двумерных носителей на деформационном потенциале, скорость энергетической релаксации не зависит от электронной температуры; значение те в этой области составляет те~0.6 не
11 2 при поверхностной концентрации двумерных носителей п5=4.2-10 см ; в электрон-фононном взаимодействии в гетероструктурах
11 2
АЮаАэ/ОаАз с концентрацией двумерных носителей п5=4.2-10 см рассеяние на оптических фононах проявляется при электронных температурах Те>25 К; для гетероструктур АЮаАзЛЗаАБ с концентрацией двумерных
11 2 носителей п8=4.2-10 см в области рассеяния электронов с участием оптических фононов характерное время жизни оптического фонона составляет тьо=4.5 пс; в интервале электронных температур 4.2 К<Те<50 К в гетероструктурах АЮаАз/ОаАэ время энергетической релаксации двумерных носителей в квазиравновесных условиях совпадает со значением времени энергетической релаксации, полученным при разогреве электронного газа постоянным электрическим током; квантование энергии электронов в гетероструктурах АЮаАз/ОаАэ в магнитном поле приводит к снижению эффективности электрон-фононного взаимодействия и резкому уменьшению скорости энергетической релаксации. При В~1 Тл в исследуемых гетероструктурах скорость энергетической релаксации уменьшается на порядок по сравнению со случаем В=0, при температуре Т=4.2 К; время энергетической релаксации двумерных носителей
11 2 гетероструктур AlGaAs/GaAs с концентрацией ns=5.2-10 см при температуре Т=4.2 К в магнитном поле, большем 1 Тл, осциллирует, подобно осцилляциям сопротивления Шубникова-де Гааза; в условиях слабой неравновесности энергетическая релаксация в гетероструктурах AlGaAs/GaAs в магнитном поле, перпендикулярном 2D плоскости, осуществляется как за счет электронных переходов внутри уровня Ландау, так и межуровневых переходов; для гетероструктур
11 2
AlGaAs/GaAs с концентрацией п5=5.2-10 см при температуре Т=4.2 К электрон-фононные переходы внутри уровня Ландау преобладают в области больших магнитных полей (v<4); вклад электрон-фононных переходов между уровнями Ландау проявляется в области магнитных полей соответствующих v>4; в созданных гибридных структурах сверхпроводник - двумерный электронный газ - сверхпроводник на основе двумерного электронного газа в AlGaAs/GaAs гетероструктуре с контактами из сверхпроводящего NbN, существенный вклад в результирующую величину прозрачности границы сверхпроводник - полупроводник при температурах ниже критической температуры в сверхпроводящих берегах, вносят процессы многократного андреевского отражения.
Основные результаты настоящего исследования опубликованы в 7 печатных работах и докладывались на:
1. III Всероссийская конференция по физике полупроводников "Полупроводники '97", Москва, 1997.
2. International semiconductor device research . symposium, Charlottesville, USA, 1997.
3. The 24th international conference on the physics of semiconductors, Jerusalem, Israel, 1998.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка публикаций автора и литературы. Объем работы составляет 132 страницы, включая 36 рисунков и 1 таблицу. Библиография включает 99 наименований.
Основные результаты работы могут быть сведены к следующим положениям:
1. Использованный нами прямой метод миллиметровой спектроскопии с высоким временным разрешением для определения времени энергетической релаксации в двумерном электронном газе гетероструктур ОаАз/АЮаАБ, позволил определить температурную зависимость те в интервале Т=4.2-50 К и наблюдать переход от области сосуществования РА- и БА- процессов (при 4.2К<Т<10К) к области доминирования рассеяния на деформационном потенциале (при 10К<Т<21 К), а при дальнейшем повышении температуры - переход от акустического рассеяния к рассеянию на оптических фононах (при Т>25 К). В области рассеяния на деформационном потенциале, отвечающей постоянству скорости энергетической релаксации, получено значение ге=0.6 не. В области рассеяния с участием оптических фононов получено характерное время жизни оптического фонона равное тю=4.5 пс. Также показано, что во всем исследуемом интервале температур скорость энергетической релаксации является функцией только электронной температуры.
2. Впервые прямым методом в квазиравновесных условиях измерены времена энергетической релаксации двумерных электронов в гетероструктурах АЮаАзЛЗаАз в магнитных полях, соответствующих квантовому эффекту Холла. Показано, что квантование энергии электронов в магнитном поле приводит к снижению эффективности электрон-фононного взаимодействия и резкому уменьшению скорости энергетической релаксации. В гетероструктурах АЮаАз/ОаАэ с
11 2 концентрацией п8=5.2-10 см при температуре Т=4.2 К время энергетической релаксации в магнитном поле, соответствующем фактору заполнения v>8, осциллирует, подобно осцилляциям Шубникова-де Гааза. В условиях малой неравновесности энергетическая релаксация в гетероструктурах АЮаАзЛлаАз при влиянии магнитного поля, перпендикулярного 2Т) плоскости, реализуется как за счет электронных переходов внутри уровня Ландау, так и межуровневых переходов. Электрон-фононное взаимодействие внутри уровня Ландау преобладает в области больших магнитных полей. Вклад электрон-фононных переходов между уровнями Ландау проявляется в области промежуточных магнитных полей.
3. Создана и исследована новая система 8-20Е0-8 на основе двумерного электронного газа в АЮаАзЛЗаАз-гетероструктуре с контактами из сверхпроводящего №>1\[. Наблюдаемые особенности проводимости указывают на существенный вклад процессов множественного андреевского отражения на рассеивающих центрах в результирующую величину прозрачности границы сверхпроводник-полупроводник при температурах ниже критической температуры в сверхпроводящих берегах. Показано, что применение нитрида ниобия в контактах в структурах типа 8-2В-8 имеет ряд преимуществ. Высокие его температура перехода и степень разупорядоченности могут создавать высокую прозрачность границ вследствие влияния процессов многократного Андреевского отражения (что было ранее теоретически предсказано), и как следствие, более высокие температуры сверхпроводящего перехода (при Т выше 4,2 К) и более существенные плотности критического тока, при тех же температурах, в сравнении с более высокоупорядоченными одноэлементными сверхпроводниками.
Значительная нелинейность вольт-амперных характеристик полученных структур делает их весьма перспективными для использования в качестве быстродействующих детекторов на эффекте электронного разогрева, например, субмиллиметрового и инфракрасного диапазонов. * *
Работа выполнена в Проблемной радиофизической лаборатории МПГУ.
Автор считает своим долгом поблагодарить своих научных руководителей: доктора физ.-мат. наук, профессора Гольцмана Г.Н. и кандидата физ.-мат. наук, профессора Птицыну Н.Г., а также заведующего кафедрой общей и экспериментальной физики доктора физ.-мат. наук, профессора Гершензона Е.М.
Автор благодарит весь коллектив Проблемной радиофизической лаборатории за неизменное дружеское участие и помощь в работе.
Список публикаций автора.
1. Веревкин А.А., Птицина Н.Г., Смирнов К.В., Гольцман Г.Н., Гершензон Е.М., Ингвессон К.С., "Прямые измерения времен энергетической релаксации на гетерогранице AlGaAs/GaAs в диапазоне 4.2 - 50 К.", Письма в ЖЭТФ, т. 64(5), 371-375, 1996.
2. А.А.Веревкин, Н.Г.Птицина, К.В.Смирнов, Г.Н.Гольцман, Е.М.Гершензон, К.С.Ингвессон, "Время энергетической релаксации двумерного электронного газа в AlGaAs/GaAs-гетероконтакте в квазиравновесных условиях.", III Всероссийская конференция по физике полупроводников "Полупроводники '97", 229, 1997.
3. A.A.Verevkin, N.G.Ptitsina, K.V.Smirnov, G.N.Gol'tsman, E.M.Gershenzon, K.S.Yngvesson," Direct Measurements of Electron Energy Relaxation Times at an AlGaAs/GaAs Heterointerface in the Optical Phonon Scattering Range.", International semiconductor device research symposium, Charlottesville, USA, pp.55-58, 1997.
4. A.A.Verevkin, N.G.Ptitsina, K.V.Smirnov, G.N.Gol'tsman, E.M.Gershenzon, K.S.Yngvesson, "Hot electron bolometer detectors and mixers based on a superconducting-two-dimensional electron gas superconduktor strukture.", International semiconductor device research symposium, Charlottesville, USA, pp.163-166, 1997.
5. N.G.Ptitsina, " A.A.Verevkin, K.V.Smirnov, G.N.Gol'tsman,
E.M.Gershenzon, and K.S.Yngvesson, "Energy relaxation of 2D-electrons in th • magnetic fields corresponding to filling factors v>3", The 24 international conference on the physics of semiconductors, Jerusalem, Israel, pp. 1-5, 1998.
6. А.А.Веревкин, Н.Г.Птицина, К.В.Смирнов, Г.Н.Гольцман, Е.М.Гершензон, К.С.Ингвессон, "Множественное андреевское отражение в гибридных структурах на основе сверхпроводящего нитрида ниобия и гетероперехода АЮаАз/ОаАз", Физика и техника полупроводников, т.ЗЗ, вып.5, с.590-593, 1999.
7. Смирнов К.В., Птицина Н.Г., Вахтомин Ю.Б., Веревкин А.А., Гольцман Г.Н, Гершензон Е.М. "Энергетическая релаксация двумерных электронов в области квантового эффекта Холла", Письма в ЖЭТФ, т.71, вып. 1, с.47-52, 2000.
Заключение.
1. Огрин Ю.Ф., Луцкий В.Н., Елинсон М.И. "О наблюдении вантовых размерных эффектов в тонких пленках висмута", Письма в ЖЭТФ, т.З, с.114-118, (1966).
2. Луцкий В.Н., Корнеев В.Н., Елинсон М.И. " О наблюдении вантовых размерных эффектов в пленках висмута методом туннельной спектроскопии", Письма в ЖЭТФ, т.4, с.267-270, (1966).
3. Fowler A., Fang F., Howard F., Stiles P. "Magneto-Oscillatory Conductance in Silicon Surfaces", Phys.Rev.Lett., v. 16, pp.901-903, (1966).
4. Кальфа A.A., Тагер A.C. "Гетероструктуры с селективным легированием и их применение в полевых транзисторах СВЧ", Электронная техника, т. 12(348), с.26-38, (1982).
5. Эдельман B.C. "Левитирующие электроны", УФН, т. 130, с.675-706,1980).
6. Вул Б.М., Заварицкая Э.И., Сокол Е.Г. "Электронные явления на поверхности скола германия в жидком гелии", ЖЭТФ, т. 80, с. 1639-1644,1981).
7. Dumpke W.P., Woodall J.M., Rideout V.L. "GaAs-AlGaAs Heterojunction Transistor for High Frequency Operation", Solid State Electron, v. 15, pp. 1339-1343,(1972).
8. McLevide W.V., Yuan H.T., Duncan W.M., Frensley W.R., Doerbeck F.H., Morkoc H., Drummond T.J. "GaAs/AlGaAs Heterojunction Bipolar Transistorsfor Integrated Circuit Applications", IEEE Electron Device Lett., v.EDL-3, pp.43-45, (1982).
9. Dingle R., Stormer H.L.,Gossard A.C., Wiegmann W. "Electron mobility in modulation-doped semiconductor heterojunction superlattices", Appl.Phys.Lett., v.33, pp.665-667, (1978).
10. Delagebeaudeuf D., Delescluse P., Etienne P., Lavirov M., Chaplart J.,Linh N.T. "Two-dimensional Electron Gas M.E.S.F.E.T. Structure", Electron.Lett., v. 16, pp.667-668, (1980).
11. I-Yang, F.Agahi, D.Dai, C.Musante, W.Grammer, K.M.Lau, K.S.Yngvesson "Wide-bandwidth electron bolometric mixers: a 2Deg prototype and potential for low noise Thz receivers", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., v. MTT 41, pp.581-589, (1993).
12. Casey H.C.Jr., Panish M.B. "Heterostructure Lasers", Part A: "Fundamental Principles", 272p., Academic Press, New York, (1978).
13. Cho A.Y., Dunn C.N.,Kuvas R.L., Schroeder W.E. "GaAs IMP ATT diodes repaired by molecular beam epitaxy", Appl.Phys.Lett., v.25, pp.224, (1974).
14. T.M.Klapwijk "Mesoscopic superconductor-semiconductor heterostructures", Physica B, v. 197, pp.481-499, (1994).
15. Ф.Г.Басс, В.С.Бочков, Ю.Г.Гуревич. Электроны и фононы в ограниченных полупроводниках, М., "Наука", 288с., (1984).
16. E.M.Gershenzon, Yu.P.Gusev, G.N.Gol'tsman, A.D.Semenov, R.S.Nebosis, M.A.Heusinger, K.F.Renk "Broadband ultra-fast superconducting NbN detector for electromagnetic radiation", J.Appl.Phys., 75, pp.3695-3697, (1994).
17. A.D.Semenov, I.G.Goghidze, G.N.Gol'tsman, A.V.Sergeev, and E.M.Gershenzon "Evidence for the spectral dependence of nonequilibriumpicosecond photoresponce of YbaCuO thin films", Appl.Phys.Lett., v.63, pp.681-683, (1993).
18. R.F.S.Hearmon, in Elastic Piezoelectric and Related Constants of Crystals, edited by K.H. Hellwege and A.M. Hellwege, Landolt-Bornstein, New Series, Vol.III/11 (Springer-Verlag, Berlin, 1979), p.l 1.
19. Batey J., Wright S.L., Di Maria D.J., " Energy Band-Gap Discontinuities in GaAs (Al,Ga) As Heterojunstions", Journal of Applied Physics, v.52, B2, pp.484-487, (1985).
20. Pollmann I. and Mazur A., "Theory of Semiconductor Heterojunstions", Thin Solid Films, v. 104, pp. 257-276, (1983).
21. T.Ando, A.B.Fowler, F.Stern "Electronic properties of two-dimentional systems", Rev. Mod. Phys.,V.54, No.2, (1982).
22. В.Ф.Гантмахер, И.Б.Левинсон "Рассеяние носителей тока в металлах и полупроводниках", "Наука", Москва, (1984).
23. P.J.Price, "Electron transport in polar heterolayers", Surf.Sci., v. 113, p. 199-210,(1982).
24. P.J.Price, "Low temperature two dimensional mobility of a GaAs heterolayer", Surf. Sci, v. 143, p. 145-156, (1984).
25. P.J.Price, "Hot electron in GaAs heterolayer at low temperature", J.Appl.Phys, v.53, 10, pp.6863-6866, (1982).
26. C.Weisbuch, B.Vinter "Quantum semicomductor structures: Fundamentals and applications", edited by Academic Press, Inc. Harcourt Brace Jovanovich, Printed in the USA, pp. 19-21, (1991).
27. J.J.Harris, J.A.Pals and R.Woltjer, "Electronic transport in low-dimensional structures", Rep.Prog.Phys., 52, pp. 1217-1266, (1989), Printed in the UK.
28. В.Карпус "Энергетическая релаксация двумерных электронов при пьезоакустическом рассеянии", ФТП, т.22, с.439-449, (1988).
29. В.Карпус, "Энергетическая и импульсная релаксация двумерных носителей заряда при взаимодействии с деформационными акустическими фононами", ФТП, т.20, вып.1, с. 12-19, (1986).
30. В. Карпус "О подвижности двумерных носителей заряда при пьезоакустическом рассеянии", ФТП, т.21, вып11, с.1949-1956, (1987).
31. V.Karpus "Theoretical limit of mobility of two dimensional electrons in GaAs", Semicond. Sci.Technol., v. 5, pp.691-694, (1990).
32. Y.Ma, R.Fletcher, and E.Zaremba, M.D'Iorio, C.T.Foxon and J.J.Harris "Energy-loss rates of Two-dimensional electrons at a GaAs/AlxGaixAs interface", Phys.Rev. B, v. 43, pp. 9033-9044, (1991).
33. H.Sakaki, K.Hirakawa, J.Yoshino et.al., "Effects of electron heating on the two dimensional magnetotransport in AlGaAs/GaAs heterostructures", Surf.Sci. 142,pp.306-313, (1984).
34. K.Hirakawa, H.Sakaki "Energy relaxation of two-dimensional electrons and the deformation potential constant in selectivety doped AlGaAs/GaAs heterojunctions", Appl.Phys.Lett., v. 49(4), pp.889-891, (1986).
35. B.K.Ridley "Hot electrons in low-dimensional structures", Rep.Prog.Phys., 54, pp. 169-256, (1991), Printed in the UK.
36. B.K.Ridley "The electron-phonon interaction in quasi-twu-demensional semiconductor quantum-well structures", J.Phys. C: Solid State Phys., v. 15, pp.5899-5917, (1982).
37. С.Э.Есипов, И.Б.Левинсон "Электронная температура в двумерном газе. Потери энергии на оптических фононах", ЖЭТФ, т.90, с.330-345, (1985).
38. A.Straw, A.J.Vickers, N.Balkan and J.S.Roberts "Acoustic and Optic Energy Relaxation in Non-degenerate GaAs/AlGaAs Multiple Quantum Wells", Superlattices and Microstructures, v. 10, pp.203-206, (1991).
39. Jagdeep Shah "Hot Carriers in Quasi-2-D Polar Semiconductors", IEEE Journal of Quantum Electronics, v.QE-22, pp.1728-1741, (1986).
40. N.G.Asmar, A.G.Markelz, E.G.Gwinn, J.Cerne, and M.S.Sherwin, K.L.Campman, P.F.Hopkins, and A.C.Gossard "Resonant-energy relaxation of terahertz-driven two-dimensional electron gases", Phys. Rev. B, v.51, pp. 18041-18044, (1995).
41. Tsui D.C., Strormer H.L., Gossard A.C. "Two-Dimensional Magnetotransport in the Extreme Quantum Limit", Phys. Rev. Letters, v.48, 1559-1562,(1982).
42. В.М.Пудалов "Квантовый эффект Холла: глобальная картина явления", Природа, №2, с. 16-28, (1999).
43. Е.Н.Бормонтов "Квантовый эффект Холла", Соросовский образовательный журнал, №9, с.81-87, (1999).
44. Рашба Э.И., Тимофеев В.Б. "Квантовый эффект Холла", ФТП, т.20, с.977-1024, (1986).
45. D.R.Leadley, R.J.Nicholas, J.J.Harris and C.T.Foxon "Cyclotron phonon emission and electon energy loss rates in GaAs-AlGaAs heterojunctions", Semicond.Sci.Technol., v.4, pp.879-884, (1989).
46. A.J.Kent, R.E.Strickland, K.R.Stpickland, and M.Henini "Photoconductivity measurement of the phonon absorption by a two-dimensional hole das in a GaAs heterojunction", Phys Rev B, v.54, pp.2019-2026, (1996).
47. H.A.J.M.Reinen, T.T.J.M.Berendschot, R.J.H.Kappert, H.J.A.Bluyssen "Electron-Phonon Interaction of a Two-Dimensional Electron Gas in a Strong Magnetic Field", Sol. St. Com, v.65, pp.1495-1499, (1988).
48. G.A.Toombs, F.W.Sheard, D.Neilson and L.J.Challis "Phonon Emission by a Hot Two-Dimensional Electron Gas in a Quantizing Magnetic Field", Sol. St. Com, v.64, pp.577-581, (1987).
49. F.Dietzel, W.Dietsche, K.Ploog "Electron-phonon interaction in the quantum Hall affect regime", Phys. Rev. B, v.48, pp.4713-4720, (1993).
50. K.Benedict "The frequency spectrum of phonon emission from a heated two-dimensional electron gas in a strong magnetic field", J. Phys. Condens Matter, v.4, pp.4083-4088, (1992).
51. М.Г.Блюмина, А.Г.Денисов, Т.А.Полянская, И.Г.Савельев, А.П.Сеничкин, Ю.В.Шмарцев "Энергетическая релаксация двумерных электронов на гетерогранице AlGaAs/GaAs", Письма в ЖЭТФ, т.44, вып.5, с.257-260, (1986).
52. J.F.Ryan, R.A.Taylor, A.J.Turberfield, Angela Maciel, J.M.Worlock, A.C.Gossard and W.Wiegmann "Time-Resolved Photoluminescence of Two-Dimensional Hot Carriers in GaAs-AlGaAs Heterostructures", Phys.Rev.Lett, v.53, p.1841-1844, (1984).
53. W.Potz, P.Kocevar "Electronic power transfer in pulsed laser excitation of polar semiconductors", Phys.Rev.B, v.28, pp.7040-7047, (1983).
54. U.Hohenester, P.Supancic and P.Kocevar, X.Q.Zhou, W.Kutt and H.Kurz "Subpicosecond thermalization and relaxation of highly photoexcited electrons and holes in intrinsic and p-type GaAs and InP", Phys.Rev.B, v.47, pp. 13233-13245,(1993).
55. Hopfel R.A., Weimann G. "Electron heating and free-carrier abcorption in AlGaAs/GaAs single heterostructures", Appl. Phys. Lett., v.46, N3, pp. 291-293,(1985).
56. G.Bauer and H.Kahlert "Low-Temperature Non-Ohmic Galvanomagnetic Effects in Degenerate n-Type InAs", Phys.Rev.B, v.5, pp.566-579, (1972).
57. С.С.Мурзин, В.Т.Долгополов "Нагрев и время релаксации по энергии электронов и дырок в висмуте", ЖЭТФ, т.79, с.2282-2290, (1980).
58. В.Т.Долгополов, А.А.Шашкин, С.И.Дорожкин, Е.А.Выродов "Время энергетической релаксации в двумерном электронном газе у поверхности (001) кремния", ЖЭТФ, т.89, с.2113-2122, (1985).
59. J. Lutz, F. Kuchar, К. Ismail, Н. Nickel, W. Schlapp "Time resolved measurements of the energy relaxation in the 2DEG of AlGaAs/GaAs", Semicond.Sci.Technol. 8, 399-402, (1993).
60. B.R.A.Neves, N.Mori, P.H.Beton, L.Eaves, J.Wang, and M.Henini "Landaulevel populations and slow energy relaxation of a two-dimensional electron gas probed by tunneling spectroscopy", Phys Rev B, v.52, pp.4666-4669, (1995).
61. Е.М.Гершензон, М.Е.Гершензон, Г.Н.Гольцман, А.М.Люлькин, А.Д.Семенов, А.В.Сергеев "Электрон-фононное взаимодействие в ультратонких пленках Nb", ЖЭТФ, т.96, вып.З, с.901-911, (1990).
62. Н.М.Гродненский, К.В.Старетин, Д.В.Галченков "Отрицательная фотопроводимость двумерных электронов в полупроводниковых гетероструктурах", Письма ЖЭТФ 43, 54-56, (1986).
63. T.D.Clark, R.J.Prance, and A.D.C.Grassie "Feasibility of hybrid Josephson field effect transistors", J.Appl.Phys., v.51, p.2736-2743, (1980).
64. Ф.Г.Басс, В.С.Бочков, Ю.Г.Гуревич "Электроны и . фононы в ограниченных полупроводниках", 287.М.(1984).
65. Г.Гулямов, Ю.Г.Гуревич, Н.Закиров "Тепловые размерные эффекты в проводящих каналах конечной длины", ФТП, т.28, с.522-528, (1994).
66. Ю.Г.Гуревич, Г.Н.Логвинов, О.Ю.Титов "Энергетически неоднородная в пространстве функция распределения электронов в полупроводниковом субмикронном слое", ФТП, т.27, с. 1040-1046, (1993).
67. Ю.Г.Гуревич, Г.Н.Логвинов, О.Ю.Титов "Теория термоэлектрических явлений в условиях некорректности температурного приближения", ФТП, т.28,с.113-119, (1994).
68. Н.З.Вагидов, З.С.Грибников, А.Н.Коршак "Баллистические токи в тонких полупроводниковых пленках", ФТП, т.28, с. 1873-1883, (1994).
69. С.В.Морозов, Ю.В.Дубровский "Нелинейное поведение осцилляций Шубникова де-Гааза в сильных электрических полях в короткоканальных AlxGai.xAs/GaAs-reTepocTpyKTypax", ФТП, т.27, с. 1484-1488, (1993).
70. A.F.Volkov "The proximity effect and subgap conductivity in superconductor-barrier-normal metal contacts", Physica B, v.203, p.267-273, (1994).
71. C.W.J.Beenakker "Quantum transport in semiconductor-superconductor microjunctions", Phys.Rev.B, v.46, p. 12841-12844 (1992).
72. I.K.Marmorkos, C.W.J.Beenakker, and R.A.Jalabert "Three signatures of phase-coherent Andreev reflection", Phys.Rev.B, 48, 2811-2814, (1993).
73. F. W.Hekking and Yu. V.Nazarov "Interference of Two Electrons Entering a Superconductor", Phys.Rev.Lett, 71, 1625-1628, (1993).
74. F. W.Hekking and Yu. V.Nazarov "Subgap conductivity of a superconductor-normal-metal tunnel interface", Phys.Rev.B, 49, 6847-6852, (1994).
75. C.Lambert "Phase coherent transport in mesoscopic superconducting structures", Physica B, v.203, p.201-213, (1994).
76. A.Kastalsky, A.W.Kleinsasser, L.H.Greene, R.Bhat, F.P.Milliken, and J.P.Harbison "Observation of Pair Currents in Superconductor-Semiconductor Contacts", Phys. Rev. Lett., v.67, 3026-3029, (1991).
77. A.W.Kleinsasser and A.Kastalsky "Excess voltage and resistance in superconductor-semiconductor junctions", Phys.Rev.B, 47, 8361-8364, (1993).
78. J.Nitta, T.Akazaki, H.Takayanagi, and K.Arai "Transport properties in an InAs-inserdet-channel Ino.52Alo.48As/Ino.53Gao.47As heterostructure coupled superconducting junction", Phys.Rev.B, v.46, p.14286-14289, (1992).
79. H.Takayanagi, T.Akazaki, J.Nitta, and T.Enoki, Jap.Journ.Appl.Phys., 34, 1391,(1995).
80. А.Ф.Андреев "Теплопроводность промежуточного состояния сверхпроводников", ЖЭТФ, т.46, вып.5, с.1823-1828, (1964).
81. Шмитд В.В. "Введение в физику сверхпроводников", М., "Наука", 240с, (1982).
82. A.M.Marsh, D.A.Williams, and H.Ahmed "Supercurrent transport through a high-mobility two-dimensional electron gas", Phys. Rev. B, v.50, pp.8118-8121, (1994).
83. A.Scalare, W.R.McGrath, B.Bumble, H.G.LeDuc, P.J.Burke, A.A.Verheijen, and D.E.Prober "A Heterodyne Receiver at 533 GHz using a Diffusion-Cooled Superconducting Hot Electron Bolometer Mixer", IEEE Trans. Appl. Supercond, 5, pp.2236-2239, (1995).
84. M.Nahum, P.L.Richards, and C.A.Mears "DESIGN ANALYSIS OF A NOVEL HOT-ELECTRON MICROBOLOMETER", IEEE Trans. Appl. Supercond, 3, pp.2124-2127, (1993).
85. Е.Патли "Фотопроводимость в далекой инфракрасной области", УФН, т.90, с.85-127, (1966).
86. J.-X. Yang, C.F.Musante, and K.S.Yngvesson "Microwave mixing and noise in the two-dimensional electron gas medium at low temperatures", Appl. Phys. Letters, 65, p.1983-1985, (1995).
87. B.S.Karasik and A.I.Elantiev "Analysis of the Noise Perfomance of a Hot-Electron Supercondukting Bolometer Mixer", Proc. of the 6th International Symposium on Space Terahertz Technology, Caltech, Pasadena, (1995).
88. A.M.Marsh, D.A.Williams, and H.Ahmed "Granular Superconducting Contacts to GaAs:AlGaAs Semiconductors Heterostructures", Semicond.Sci.Technol., v. 10, pp. 1694-1699, (1995).
89. R.Taboryski, T.Clausen, J.Bindslev Hansen, J.L.Skov, J.Kutchinsky, C.B.Sorensen, and P.E.Lindelof "Andreev reflections at interfaces" between d-doped GaAs and superconducting A1 films", Appl.Phys.Letters, v.69, pp.656-658,(1996).
90. Nahum M. and Martinis J.M. "Ultrasensitive-hot electron microbolometer", Appl.Phys.Lett., v.63, pp.3075-3077, (1993).
