Полупроводники

Пороговые эффекты в энергетическом спектре квазидвумерных электронов обогащенного слоя

А. Я. Шульман, Д. В. Посвянский

Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН, Москва, Россия

Аннотация: Рассматривается задача об определении пороговых значений электрического поля $F$, при которых в обогащенном слое на поверхности полупроводника $n$-типа появляется новая подзона размерного квантования. Обсуждены представленные в литературе трудности такого определения в экспериментальных и вычислительных работах. Предложено объяснение имеющимся фактам как проявление квадратичной зависимости энергии $E$ мелкого уровня от глубины потенциальной ямы вблизи порога рождения. Получены формулы пороговой зависимости $E(F)$ для случая параболической зоны проводимости в объеме полупроводника. Показана возможность применения порогового приближения не только к основной, но и к возбужденным подзонам. При непараболической зоне проводимости рассмотрен пороговый характер в зависимости энергии размерно-квантованного уровня от квазиимпульса $k_\parallel$ вдоль поверхности. С параметрами $n$-InAs выполнены численные расчеты двумерных спектров в условиях появления основной подзоны, первой и второй возбужденных. Проведен их анализ на основе полученных формул. Предложен метод определения порога рождения подзоны по имеющимся данным из области выше порога. Обнаружена и исследована неустойчивость самосогласованного решения системы из уравнения Пуассона и уравнения эффективной массы в случае второй возбужденной подзоны. Приведены доводы в пользу интерпретации этой неустойчивости как свидетельства формирования в обогащенном слое двумерных подзон валентного типа с отрицательной массой. Обсуждается возможная связь появления такого спектра в глубокой потенциальной яме, сравнимой с шириной запрещенной зоны, c предположением Л.В. Келдыша о природе амфотерности примесей, создающих глубокие уровни в запрещенной зоне полупроводника.

Ключевые слова: полупроводники, низкоразмерные структуры, обогащенный слой, двухзонная модель Кэйна, уравнение эффективной массы, пороговые явления в двумерном спектре.

Поступила в редакцию: 26.04.2024
Исправленный вариант: 26.04.2024
Принята в печать: 03.05.2024

DOI: 10.61011/FTT.2024.06.58254.109

Реферативные базы данных:

•