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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.43.1998.tde-04122013-154846
Document
Author
Full name
Luiz Carlos Donizetti Gonçalves
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 1998
Supervisor
Committee
Henriques, Andre Bohomoletz (President)
Bindilatti, Valdir
Koenraad, Paul Maria
Paula, Ana Maria de
Studart Filho, Nelson
Title in Portuguese
Estrutura Eletrônica e Efeitos Magneto-Quânticos em Super-Redes Semicondutoras Degeneradas
Keywords in Portuguese
Estrutura eletrônica
Matéria condensada
Abstract in Portuguese
É apresentado um estudo da estrutura eletrônica e de processos de espalhamento em super-redes semicondutoras degeneradas. Os processos de espalhamento foram estudados em termos do seu efeito sobre os fenômenos magneto-oscilatórios (em particular, o efeito Shubnikov-de Haas), tanto no aspecto teórico como no experimental. Foi desenvolvida uma metodologia que permite a extração dos parâmetros fundamentais para super-redes -dopadas (o período d, a densidade de dopagem por período, N IND.d, e a espessura das camadas dopadas IND.d) com base em medidas de Shubnikov-de Haas (SdH) com o campo magnético aplicado paralelamente aos eixos de crescimento das super-redes e em medidas de Capacitância-Voltagem(CV). Foi demonstrado que os períodos de oscilação CV correspondem aos períodos de dopagern d. A partir da transformada de Fourier das oscilações de SdH são obtidas as áreas extremas da superfície de Fermi que, via a estrutura eletrônica calculada, fornecem os demais parâmetros N IND.d e IND.d. As oscilações de SdH devidas a cada uma das minibandas populadas foram isoladas do restante do espectro através de técnicas de transformada de Fourier. A partir de um modelo desenvolvido recentemente, o qual inclui a estrutura eletrônica das super-redes na forma de linha das oscilações de SdR, as mobilidades quânticas associadas aos tempos de meia vida no nível de Fermi nas várias minibandas eletrônicas foram determinadas. Os estudos foram efetuados em função do período da super-rede, os quais determinam o grau de acoplamento entre poços vizinhos. Uma posterior comparação das mobilidades quânticas obtidas a partir do espectro de SdH com a teoria Random Phase Approximation (RPA) desenvolvida para o espalhamento por centros coulombianos blindados em sistemas periodicamente -dopados, com espessura das camadas dopadas praticamente nula, mostrou um acordo bastante bom. Adicionalmente, cálculos teóricos em sistemas -dopados indicam que as mobilidades quântica e de transporte são sensíveis à espessura e distribuição espacial da camada dopada e à concentração de aceitadores residuais em sistemas realísticos, Também foram efetuados cálculos teóricos para as mobilidades quântica e de transporte em estruturas E-dopadas submetidas à aplicação de um potencial externo as quais mostram que, no estado atual da teoria na literatura para sistemas com múltiplas subbandas, a teoria RPA é aquela de escolha para a descrição dos fenômenos de espalhamento por impurezas ionizadas em sistemas bi-dimensionais. Por fim, alguns tópicos que abordam a obtenção das mobilidades de transporte em sistemas -dopados são discutidos.
Title in English
Electronic structure and magneto-quantum effects in semiconductor superlattices.
Keywords in English
Condensed matter
Electronic structure
Abstract in English
It is presented a study of the electronic structure and scattering processes in degenerate semiconductor superlattices, The scattering processes were studied in terms of their effect on the magneto--oscillatory phenomena (in particular, the Shubnikov-de Haas effect), both theoretical and experimentally. An approach was developed to allow the extraction of the fundamental parameters for -doped superlattices (the period d, the doping density per period, N IND.d, and the doped layers thicknesses IND.d) from Shubnikov-de Haas (SdH) measurements with magnetic field applied along the superlattice growth axis and from Capacitance-Voltage (CV) measurements. It was demonstrated that the CV oscillation periods correspond to the doping period d, From the Fourier transform of SdH oscillations the extremal cross sectional areas of the Fermi surface are obtained and, together with the calculated electronic structure, provide the additional parameters N IND.d and IND.d. The oscillations due to each populated miniband were isolated from the rest of the spectrurn by Fourier transform techniques. By means of a recently developed model, which includes the superlattice electronic structure in the lineshape of the SdH oscillations, the quantum mobi1ities associated to the quantum lifetimes at the Fermi level for each miniband were determined. The behaviour of the quantum mobilities were studied as a function of the superlattice period, which determines the coupling strength between adjacent wells. The comparison between the quantum mobilities obtained from the SdH spectrum and the Random Phase Approximation(RPA) theory developed for the screened Coulomb centers in systems periodically -doped, with vanishing thickness of the doped layers, showed a very good agreement. Furthermore, theoretical calculations in -doped systems show that the quantum and the transport mobilities are sensible to the thickness and to the spatial profile of the doped layer, and to the concentration of residual acceptors in realistic systems. The quantum and the transport mobilities were calculated for gated -doped structures and it's shown that, in the actual state-of-art of the theory for systems with multiple subbands, the RPA theory is that of choice to describe the scattering phenomena by ionized impurities in two-dimensional systems. Finally, some topics involving the extraction of transport mobilities for multiple subbands systems are discussed.
 
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Publishing Date
2014-02-19
 
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