Pontos-quânticos:
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O porquê dos temas...
 Fotodetectores de infravermelho baseado em pontos-quânticos.
 Localização-fraca
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 Localização-fraca
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 Localização-fraca
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Crescimento epitaxial: MBE
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 Molecular Beam Epitaxy (MBE)
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Crescimento epitaxial: MBE
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 Molecular Beam Epitaxy (MBE)
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Crescimento epitaxial: amostras
               Cobertura
Região-ativa


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Crescimento epitaxial: amostras

                    I≠0
      Gate: n e m         Contatos ôhmicos


                    ...
Técnicas: Shubnikov-de Haas

V (B)
                        ms, ns
          I≠0
Técnicas: efeito Hall

                        IQHE
   Hall clássico

                          I≠0




                  ...
Resultados: fotodetectores.




       Por quê empilhar?

Assunto 1
Resultados: fotodetectores.
                        d-Si   QDs (2 MC)



     Substrato
                                  ...
Resultados: fotodetectores.




                       ns
                       n
                       s

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Resultados: fotodetectores.

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       O empilhamento de QDs fav...
Resultados: fotodetectores.



            O empilhamento de QDs melhora as mobilidades:
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Resultados: localização-fraca
  Substrato                    Super-rede    Barreira        Poço-quântico
  GaAs (001)     ...
Resultados: localização-fraca

                  Amostra 1,75 MC


                     Localização-fraca e
              ...
Resultados: localização-fraca

                                  Amostra 1,75 MC




                                     ...
Resultados: localização-fraca

                                  Amostra 1,75 MC




                                     ...
Resultados: localização-fraca




                                            tf
  Tensão
 mecânica




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Resultados: localização-fraca




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  Tensão
 mecânica




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Resultados: localização-fraca




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  Tensão
 mecânica




                  ...
Resultados: localização-fraca




                                                            tf
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Resultados: estados de borda contra-rotativos.

                                      2ª “sub-banda”
              1ª “sub...
Resultados: estados de borda contra-rotativos.




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Resultados: estados de borda contra-rotativos.




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Resultados: estados de borda contra-rotativos.



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            R, RH (RK)


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Resultados: estados de borda contra-rotativos.



                                   4 terminais!

                       ...
Resultados: estados de borda contra-rotativos.




        Superfície

                        Estados de borda contra-rot...
Eventos

•   13th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Weak localization and
    interaction effects in GaAs/InGaA...
Artigos

•   I. R. Pagnossin, G. M. Gusev, N. M. S. Choque, A. C. Seabra, A. A. Quivy, T. E.
    Lamas e J.-C. Portal, Qua...
Outros

•   Viagem à França, em 2007, por 2 meses e meio.
1.   Crescimento epitaxial:
     a. MBE;
     b. heteroestruturas;
     c. amostras;

2.   Pontos-quânticos:
     a. auto-...
Substrato
                                           500 Å                        80 Å
                                   ...
A liga de InAs sobre GaAs:
              Crescimento sob tensão
 Filme não
tensionado
               Tensão a aInAs = 6,08...
Pontos-quânticos de InAs auto-organizados
Camada de InAs
                   dInAs < 1.5 MC Crescimento 2D
  Substrato
Pont...
Histograma de alturas
 Imagens de AFM
1,50 MC            1,75 MC                                    20   40     60   80   ...
Janela Hanning
                                     1/B (T-1)                              Concentração, ns (1012 cm-2)   ...
GH = (N+m)(N+n)/N   G = (N+m)(N+n)/m
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Defesa da tese de dourado

  1. 1. Pontos-quânticos: fotodetectores, localização-fraca e estados de borda contra-rotativos Ivan Ramos Pagnossin Orientador: Prof. Dr. Guennadii M. Gusev Assunto 1 3 2
  2. 2. O porquê dos temas... Fotodetectores de infravermelho baseado em pontos-quânticos. Localização-fraca Estados de borda contra-rotativos Vantagens sobre detectores baseados em poços-quânticos [J. Jiang et al, 2004]: 1. Sensível à radiação que incide normalmente; O(confinamento tridimensional) empilhamento de camadas tensionadas NÃO degrada 2. Maior responsividade; progressivamente as mobilidades do 2DES (tempo de vida dos elétrons fotogerados) 3. Trabalha em temperaturas mais elevadas [eg., A. Sergeev et al, 2002]. (menor corrente de escuro) 4. Emissões em 1,3 e 1,5 mm [M. J. da Silva et al, 2003] Assunto 1 3
  3. 3. O porquê dos temas... Fotodetectores de infravermelho baseado em pontos-quânticos. Localização-fraca Estados de borda contra-rotativos A idéia inicial: 1. Aprofundar nossos conhecimentos sobre o efeito da tensão sobre o 2DEG [I. R. Pagnossin et al, 2005] A tensão mecânica reduz o espaço de fases dos quasi- 2. tf (limite quântico); elétrons do 2DES. 3. tso (spintrônica). Assunto 2 1
  4. 4. O porquê dos temas... Fotodetectores de infravermelho baseado em pontos-quânticos. Localização-fraca Estados de borda contra-rotativos A idéia inicial era... “existe FQHE em bicamadas com antipontos-quânticos?” mas... encontramos estados de borda contra-rotativos ? Existem estados de borda contra-rotativos (?) Previstos teoricamente por Johnson et al em 1992... mas não observado até agora! Assunto 3
  5. 5. Crescimento epitaxial: MBE epi = acima Molecular Beam Epitaxy (MBE) Feixe molecular axis = eixo
  6. 6. Crescimento epitaxial: MBE epi = acima Molecular Beam Epitaxy (MBE) Feixe molecular axis = eixo Crescimento Substrato (mm a mm)
  7. 7. Crescimento epitaxial: amostras Cobertura Região-ativa Pontos-quânticos Poço-quântico (QW) Dopagem (Si) Crescimento Buffer Super-rede Substrato GaAs (001)
  8. 8. Crescimento epitaxial: amostras I≠0 Gate: n e m Contatos ôhmicos Campo magnético I=0 Amostra
  9. 9. Técnicas: Shubnikov-de Haas V (B) ms, ns I≠0
  10. 10. Técnicas: efeito Hall IQHE Hall clássico I≠0 VH (B) m, n
  11. 11. Resultados: fotodetectores. Por quê empilhar? Assunto 1
  12. 12. Resultados: fotodetectores. d-Si QDs (2 MC) Substrato Superfície QW Amostra #1 Amostra #5 Assunto 1
  13. 13. Resultados: fotodetectores. ns n s ms m s Assunto 1
  14. 14. Resultados: fotodetectores. Conhecido O empilhamento de QDs favorece o preenchimento do 2DES durante a iluminação... maior I fotogerada. Conhecido Assunto 1
  15. 15. Resultados: fotodetectores. O empilhamento de QDs melhora as mobilidades: 1. Devido a ns? 2. Acúmulo da tensão mecânica? Em qualquer caso, o empilhamento não necessariamente prejudica ms Assunto 1
  16. 16. Resultados: localização-fraca Substrato Super-rede Barreira Poço-quântico GaAs (001) AlAs/GaAs (canal de condução) 1,50 MC 1,75 MC Cobertura (~1017 cm-3) Buffer Å 2000 Dopagem planar Pontos-quânticos Spacer 2 MC 2,50 MC 1mm Assunto 2
  17. 17. Resultados: localização-fraca Amostra 1,75 MC Localização-fraca e Interações entre elétrons Localização-fraca Assunto 2
  18. 18. Resultados: localização-fraca Amostra 1,75 MC Aee 2DES-2DES e 2DES-QDs Dresselhauss Assunto 2
  19. 19. Resultados: localização-fraca Amostra 1,75 MC Aee Assunto 2
  20. 20. Resultados: localização-fraca tf Tensão mecânica 2DES Assunto 2
  21. 21. Resultados: localização-fraca tf Tensão mecânica 2DES Assunto 2
  22. 22. Resultados: localização-fraca tf Tensão mecânica 2DES Assunto 2
  23. 23. Resultados: localização-fraca tf A tensão mecânica reduz o espaço de fases dos quasi- eletrons do 2DES. Tensão mecânica 2DES Assunto 2
  24. 24. Resultados: estados de borda contra-rotativos. 2ª “sub-banda” 1ª “sub-banda” 20 nm QDs 5 nm d2 d1 Superfície Antipontos 14 nm Substrato PMMA AlGaAs GaAs 90 nm Ouro Assunto 3
  25. 25. Resultados: estados de borda contra-rotativos. n I Assunto 3
  26. 26. Resultados: estados de borda contra-rotativos. n I Assunto 3
  27. 27. Resultados: estados de borda contra-rotativos. n=1 R, RH (RK) VGS = 0 n=2 n=3 VGS < 0 B (T) Assunto 3
  28. 28. Resultados: estados de borda contra-rotativos. 4 terminais! VGS = -0,6 V RH (RK) n=2 -0,7 V N e M não interagem! -0,8 V Assunto 3 B (T)
  29. 29. Resultados: estados de borda contra-rotativos. Superfície Estados de borda contra-rotativos? 14 nm Substrato Assunto 3
  30. 30. Eventos • 13th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Weak localization and interaction effects in GaAs/InGaAs heteroestructures with nerby quantum-dots, 2007 (São Paulo); • 28th International Conference on the Physics of Semiconductors, Quantum Hall effect in bilayer system with array of antidots, 2006 (Áustria); • 12th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, Scattering processes on a quasi-two-dimensional electron gas in GaAs/InGaAs selectively doped quantum wells with embedded quantum dots, 2005 (São José dos Campos); • 12th Brazilian Workshop on Semiconductor Physics, The influence of strain fields around InAs quantum-dots on the transport properties of a two-dimensional electron gas confined in GaAs/InGaAs wells, 2005 (São José dos Campos); • XVIII Encontro Nacional de Física da Matéria, Idem ao anterior, 2005 (Santos); • XVII Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, A influência de pontos- quânticos de InAs sobre a mobilidade quântica de gases bidimensionais de elétrons confinados em poços-quânticos de GaAs/InGaAs seletivamente dopados, 2004 (Poços de Caldas).
  31. 31. Artigos • I. R. Pagnossin, G. M. Gusev, N. M. S. Choque, A. C. Seabra, A. A. Quivy, T. E. Lamas e J.-C. Portal, Quantum Hall effect in bilayer system, Proceedings da International Conference on the Physics of Semiconductors, Austria (2006); • I. R. Pagnossin, A. K. Meikap, T. E. Lamas e G. M. Gusev, Weak-localization and interaction effects in GaAs/InGaAs heterostructures with nearby quantum-dots, Brazilian Journal of Physics 37-4b (2007); • I. R. Pagnossin, E. C. F. da Silva e G. M. Gusev, An evidence of counter-rotating edge-states on a double-quantum-well structure [em produção]; • I. R. Pagnossin, E. C. F. da Silva e G. M. Gusev, Scattering processes on a quasi- two-dimensional electron gas in GaAs/InGaAs selectively doped quantum wells with embedded quantum-dots [em produção].
  32. 32. Outros • Viagem à França, em 2007, por 2 meses e meio.
  33. 33. 1. Crescimento epitaxial: a. MBE; b. heteroestruturas; c. amostras; 2. Pontos-quânticos: a. auto-formados; b. litográficos; 3. Técnicas e métodos a. Efeito Hall clássico e quântico; b. Shubnikov-de Haas; c. Localização-fraca; d. Landauer-Büttiker.
  34. 34. Substrato 500 Å 80 Å 70 Å GaAs(001) begin rate GaAs 0.704 InGaAs 100 Å rate InGaAs 0.998 grow GaAs 500 open Si wait 10 BC Crescimento close Si grow GaAs 70 grow InGaAs 100 Nível doador grow GaAs 80 end BV
  35. 35. A liga de InAs sobre GaAs: Crescimento sob tensão Filme não tensionado Tensão a aInAs = 6,08 ÅInAs Espessura, d de InAs dInAs Substrato Filme de GaAs tensionado de InAs aGaAs = 5,65 Å
  36. 36. Pontos-quânticos de InAs auto-organizados Camada de InAs dInAs < 1.5 MC Crescimento 2D Substrato Pontos-quânticos dInAs  1.5 MC Formação dos primeiros QDs dInAs  2.1 MC Aumento da densidade e tamanho dos QDs dInAs  2.5 MC Introdução de defeitos nos QDs maiores dInAs > 3.0 MC Filme contínuo cheio de defeitos
  37. 37. Histograma de alturas Imagens de AFM 1,50 MC 1,75 MC 20 40 60 80 20 40 60 80 150 1,5 MC 1,75 MC 30 Q3Ds PQDs Densidade de QDs (mm-2) 100 20 PQDs GQDs GQDs 50 10 2000 Å Q3Ds 0 0 2 MC 2,5 MC 80 GQDs 2 MC 2,50 MC GQDs 20 60 PQDs 40 10 20 PQDs 0 0 20 40 60 80 20 40 60 80 Altura (Å)
  38. 38. Janela Hanning 1/B (T-1) Concentração, ns (1012 cm-2) Limite inferior da janela Hanning, t1 (T-1) Derivada segunda de Vxx ln |FH(nk)| |FH(ns)|  0,1 0,5 1 0,5 1 1,5 2 0,1 0,5 1 nk t1 t1 t1 t1 t1 k  2e tg n   k  n a  mk s s h
  39. 39. GH = (N+m)(N+n)/N G = (N+m)(N+n)/m

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