Orientador: Paulo Motisuke

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin

Resumo: Neste trabalho implementamos experimentos para a medida da corrente de tunelamento em amostras de Dupla Barreira de GaAs/AlxGa1-xAs e de GaAs com dopagem planar de Si (d -doping). Para isto preparamos dois sistemas experimentais: a) "Circuito Ponte de Wheatstone" e b) sistema "Fonte de...

Resumo: Neste trabalho implementamos experimentos para a medida da corrente de tunelamento em amostras de Dupla Barreira de GaAs/AlxGa1-xAs e de GaAs com dopagem planar de Si (d -doping). Para isto preparamos dois sistemas experimentais: a) "Circuito Ponte de Wheatstone" e b) sistema "Fonte de Corrente e Voltímetro". O primeiro sistema, "Circuito Ponte de Wheatstone", permite-nos medir diretamente, além da curva característica I vs. V, a primeira e segunda derivada. Sob algumas condições particulares, é também possível obter a curva C vs. V. Entretanto, este sistema está limitado a corrente máxima de 1OmA. O sistema "Fonte de Corrente e Voltímetro " permite-nos medir apenas a curva I vs. V, mas com correntes de até IA e com resolução melhor que de uma parte em 103 , o que nos possibilita obter a primeira e a segunda derivada numericamente. Para a análise das estruturas na corrente de tunelamento apresentamos os modelos teóricos utilizados para o estudo de tunelamento de elétrons e de buracos em amostras de dupla barreira. Estes são calculados na aproximação da função envelope e no método da matriz de transferência (tunelamento de elétrons), e mais o Hamiltoniano da massa efetiva de Luttinger e Kohn (tunelamento de buracos). Baseado nestes modelos determinamos: i) as posições dos picos na curva I vs. V através do cálculo da corrente de tunelamento (no caso de elétrons) e ii) as curvas das Posições dos Picos da Probabilidade de Transmissão de buracos em função da Tensão Aplicada, o que nos permite comparar estes resultados com os experimentais. Medida da curva d2I/dV2 vs. V para uma amostra de GaAs com dopagem planar (d -doping) mostrou quatro estruturas bem resolvidas. Estas estruturas podem ser associadas à tunelamento ressonante de elétrons através da camada de topo, onde os portadores são injetados do emissor (contato de Au), para as sub-bandas não populadas no poço de potencial delta. Nas amostras de Dupla Barreira de GaAs/AlxGa1-xAs foram medidas as curvas I vs. V utilizando o sistema "Fonte de Corrente e Voltímetro", e as suas derivadas foram obtidas numericamente. A amostra tipo n , N° 204, apresentou duas estruturas, uma em +2OOmV e outra em -17OmV, para as duas polarizações, as quais associamos a tunelamento ressonante de elétrons com a primeira sub-banda no poço. Outras oscilações observadas foram associadas a transmissão com a segunda sub-banda e com estados virtuais do contínuo. Já a amostra tipo p , N° 199, apresentou uma região de resistência diferencial negativa muito evidente próxima de 1,1 V na curva I vs. V. Segundo o modelo utilizado é esperado um pico de ressonância na curva I vs. V em ~ 167mV. Esta grande discrepância entre o valor esperado e o valor medido se deve principalmente a resistência dos contatos que não nos foi possível eliminar nas amostras de Dupla Barreira tipo p

Abstract: In this work we introduced experiments for tunneling current measurements on double barrier of GaAs/AlxGa1-xAs and single GaAs layer with planar Si d-doped samples. For this purpose, we prepared two experimental system: a) "Wheatstone Bridge" system and b) "Current Source and Voltmeter"...

Abstract: In this work we introduced experiments for tunneling current measurements on double barrier of GaAs/AlxGa1-xAs and single GaAs layer with planar Si d-doped samples. For this purpose, we prepared two experimental system: a) "Wheatstone Bridge" system and b) "Current Source and Voltmeter" system. The former, "Wheatstone Bridge" system, allow us to measure directly not only the I vs. V characteristic curve but also the first and second derivative. It is also possible to measure C vs. V curve on some particular conditions. However, this system is limited to the maximum current of 10mA. The "Current Source and Voltmeter" system allow us to measure only I vs. V curve, but for currents up to 1A and resolution better than one part in 103 .For these data, the first and second derivative are obtained numerically. For analysis of the tunneling current structures, we present theoretical model calculated in the envelope function approximation and in the transfer-matrix method to electron tunneling, and in addition the Luttinger-Kohn effective-mass Hamiltonian formalism is used for hole tunneling. Based on this model we calculated: i) the position of peaks in the I vs. V curve for electron tunneling current and ii) the Transmission Probability Peaks Positions as function of the Applied Voltage for holes, that are to compared to the experiments. The experimental of d2I/dV2 vs. V curve of d -doped GaAs sample shows us four well resolved structures that are assigned, tentatively, to the resonant electron tunneling through the cap layer where the carriers are injected from the emitter (Au contact) to the empty sub-bands into the d -doping potential well. In the double barrier GaAs/AlxGa1-xAs samples we measured I vs. V curves using the "Current Source and Voltmeter" system, and their derivatives were obtained numerically. The n-type sample, #204, presented two structures localized at +200mV and -170mV, that are assigned as resonant tunneling structure to the first subband in the well. Other oscillatory structures are assigned as resonant transmission through the second subband and/or into continuum virtual states. In p-type double-barrier samples used in this work, we observed great discrepancy between the predicted and the measured tunneling structure position values. This is probably due to the big contact resistance values that unfortunately we couldn't remove, during the reprocessing of the samples. Therefore, these p-type double-barrier experiments are not considered in detail in this work