Elektronentransport in kinetischen Heterostrukturen

Forschungsprojekt P 14604 Elektronentransport in kinetischen Heterostrukturen Jürgen SMOLINER 27.11.2000 In diesem Projekt ist die Herstellung und Untersuchung sogenannter "kinetischer" Heterostrukturen geplant. Kinetische Heterostrukturen sind Halbleiterverbindungen, bei denen der Potentialverlauf im Leitungsband völlig flach ist und der Band-offset ausschliesslich im Valenzband existiert. Auf diese Art und Weise erhält man ein Schichtsystem ohne Potentialbarrieren allerdings mit örtlich variierender effektiver Elektronenmasse. Solche Materialsysteme sind aus zwei Gesichtspunkten interessant. Zunächst können aus diesen Materialien Strukturen und Obergitter mit negativ differentiallem Widerstand aber ohne Barrieren hergestellt werden (effective mass superlattices). Solche Bauelemente haben sehr kleine RC-Konstanten und sind damit für alle Hochfrequenzanwendungen interessant. Der zweite Aspekt besteht darin, daß sich Elektronen in Schichtsystemen mit unterschiedlicher effektiver Masse verhalten wie Licht in Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex. Auf diese Weise lassen sich beliebige Interferenzeffekte für Elektronen realisieren und untersuchen. "Beugung" wurde in unseren früheren Experimenten. schon demonstriert. Als Meßmethode soll die Ballistische Elektronenmikroskopie (Ballistc Electron Emission Microskopy/Spectroscopy, BEEM/S) verwendet werden. BEEM/S ist eine Abart der Raster Tunnelmikroskopie, bei der ballistische Elektronen von der Spitze eines Raster Tunnelmikroskops in den Halbleiter injiziert werden. Diese Methode vereinigt hohe spektroskopische und hohe örtliche Auflösung. Die gemessenen Spektren reflektieren alle Probeneigenschaften bis zu einer Tiefe der Koharenzlänge für Elektronen (mehrere 100 A), wodurch "elekronenoptische" Eigenschaften von kinetischen Schichtsystemen ideal studiert werden können. Als Proben sollen GaAs-AlGaAs und InAs-AlSb basierte Heterostrukturen verwendet werden. InAs-AlSb Heterostrukturen sind zu diesem Zweck besonders geeignet, da der Unterschied in der effektiven Elektronenmasse hier sehr groß ist (InAs: 0.023m e AlSb: 0.33m e). Verwendet man A1InAsSb-GaSb Heterostrukturen von geeigneter Zusammensetzung, so können, wie kürzlich von anderen Gruppen demonstriert, rein kinetische Schichtsysteme hergestellt werden. Das MBE Wachstum solcher Strukturen ist ein wesentlicher Teil des Projekts, unsere Expertise im Wachstum von GaAs-AIGaAs Heterostrukturen ist durch eine Vielzahl von Pulikationen erwiesen.