Dinâmica de portadores de carga e propriedades optoeletrônicas em heteroestruturas de tunelamento quântico
| Autor: | Guarin Castro, Edgar David |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Richard, Victor Lopez |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2021 |
| Předmět: |
Heteroestruturas
Carrier dynamics FISICA::FISICA GERAL::FISICA CLASSICA E FISICA QUANTICA MECANICA E CAMPOS [CIENCIAS EXATAS E DA TERRA] Magnetorresistência Portadores fora do equilíbrio FISICA [CIENCIAS EXATAS E DA TERRA] FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::TRANSP.ELETRONICOS E PROP. ELETRICAS DE SUPERFICIES INTERFACES E PELICULAS [CIENCIAS EXATAS E DA TERRA] Heterostructures FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::PROPRIEDADES TERMICAS DA MATERIA CONDENSADA [CIENCIAS EXATAS E DA TERRA] FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::ESTADOS ELETRONICOS [CIENCIAS EXATAS E DA TERRA] FISICA::AREAS CLASSICAS DE FENOMENOLOGIA E SUAS APLICACOES::TRANSFERENCIA DE CALOR PROCESSOS TERMICOS E TERMODINAMICOS [CIENCIAS EXATAS E DA TERRA] Magnetoresistance Dinâmica de portadores Fotosensores FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA [CIENCIAS EXATAS E DA TERRA] Semicondutor Semiconductor Optoelectronic properties FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::PROP.OTICAS E ESPECTROSC.DA MAT.CONDENS OUTRAS INTER.DA MAT.COM RAD.E PART. [CIENCIAS EXATAS E DA TERRA] Photosensors FISICA::AREAS CLASSICAS DE FENOMENOLOGIA E SUAS APLICACOES::OTICA [CIENCIAS EXATAS E DA TERRA] Resonant tunneling diodes ENGENHARIA ELETRICA::MATERIAIS ELETRICOS::MATERIAIS E COMPONENTES SEMICONDUTORES [ENGENHARIAS] Diodos de tunelamento ressonante ENGENHARIA ELETRICA::MATERIAIS ELETRICOS::MATERIAIS E COMPONENTES ELETROOTICOS E MAGNETOOTICOS MATERIAIS FOTOELETRICOS [ENGENHARIAS] Non-equilibrium carriers |
| Zdroj: | Repositório Institucional da UFSCAR Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) instacron:UFSCAR |
| Popis: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Semiconductor quantum tunneling heterostructures offer a wide range of applications as photosensors, lasers, and circuit elements. However, fundamental questions related to energy transfer mechanisms and the correlation between some electrical and optical responses remain challenging. In order to provide insights into these problems, the nature of the carrier dynamics in these structures has been investigated by exploring the role of majority and minority carriers in the optoelectronic responses and the limiting factors responsible for their modulation. Thus, the transport and optical properties of different n-type samples built on Sb- and As-based double-barrier quantum well architectures have been analyzed using transport measurements and luminescence spectroscopies in continuous- and pulsed-wave mode. The characterization has been carried out by tuning various external parameters such as temperature, illumination, and magnetic fields. Our observations revealed resonant tunneling of carriers from cryogenics up to room temperature. The inclusion of III-V quaternary alloys enhances the photodetection of infrared wavelengths. Quaternary layers serve as absorbers that allow a thorough tuning of the photosensor capabilities. The optical response of the devices allowed unveiling complex dynamics of non-equilibrium carriers, pointing out the formation of independent electron and hole populations that do not thermalize. This characteristic enables the mapping of thermalization mechanisms of hot carriers along with the structures. In all cases, it was found that the optoelectronic characteristics of the devices are strongly intertwined. In this regard, bistable optical and transport characteristics associated with an intrinsic magnetoresistance of some samples can be modulated simultaneously with temperature and magnetic fields. Models were proposed to simulate the charge dynamics, discerning the main ingredients that control the electrical response and, in some cases, the photosensor abilities. These models were complemented considering coherent and incoherent transport channels, which demonstrates how the transport and optical attributes correlate to produce the peculiar quantum response. This approach allows discussing the role of minority carriers in the overall dynamics of the systems, the segmentation of the relaxation mechanisms, and the optimization of the optoelectronic properties. The results are intended to offer a comprehensive theoretical and experimental analysis of the complex quantum phenomena behind these quantum tunneling systems. Heteroestruturas semicondutoras com tunelamento quântico oferecem diversas aplicações como fotossensores, lasers e elementos de circuitos lógicos. Porém, questões fundamentais relacionadas aos mecanismos de transferência de energia e à correlação entre algumas das suas propriedades optoeletrônicas, ainda são desafiadoras. Com o objetivo de decifrar estes problemas neste tipo de estruturas, a natureza da dinâmica de portadores tem sido pesquisada, explorando o papel dos portadores de carga nas respostas optoeletrônicas além dos fatores limitantes responsáveis pela sua modulação. Para essa finalidade as propriedades ópticas e de transporte em amostras tipo n, com arquiteturas de poço quântico de dupla barreira baseadas em Sb e As, foram analisadas por meio de medidas de transporte combinadas com espectroscopia de luminescência em modo contínuo e pulsado. A caracterização foi realizada controlando parâmetros como temperatura, iluminação e campos magnéticos. As observações revelaram tunelamento ressonante desde temperaturas criogênicas até temperatura ambiente. Além disso, a inclusão de ligas quaternárias III-V melhorou a fotodetecção no infravermelho, pois elas servem como regiões de absorção que permitem controlar as capacidades dos fotossensores. A resposta óptica dos dispositivos permitiu também desvendar dinâmicas complexas de portadores fora do equilíbrio, apontando para a formação de populações independentes que não termalizam entre si. Esta característica possibilita o mapeamento dos mecanismos de termalização dos portadores quentes ao longo das heteroestruturas. Em todos os casos, verificou-se que as características optoeletrônicas dos dispositivos estão entrelaçadas. Nesse sentido, as características optoeletrônicas associadas à magnetorresistência intrínseca de algumas amostras podem ser moduladas simultaneamente com temperatura e campos magnéticos. Assim, modelos foram propostos para simular a dinâmica de portadores, discernindo os principais ingredientes que controlam a resposta elétrica e, em alguns casos, a fotossensibilidade. Estes modelos foram complementados considerando canais de transporte coerentes e incoerentes, demostrando com isto como a correlação entre as propriedades ópticas e de transporte produz a peculiar resposta quântica. Essa abordagem permite discutir o papel dos portadores minoritários na dinâmica geral dos sistemas, a segmentação dos mecanismos de relaxamento e a otimização das propriedades optoeletrônicas. Os resultados buscam oferecer uma análise experimental e teórica abrangente dos complexos fenômenos quânticos por trás do funcionamento dos sistemas de tunelamento quântico. CAPES: Código de Financiamento 001 |
| Databáze: | OpenAIRE |
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