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Haubrich, Alexander George Carl (2001): Akustoelektrischer Strom durch lateral definierte Quantenpunktkontakte. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden erstmalig Untersuchungen zum akustoelektrischen Strom durch lateral mittels fokussierter Ionenstrahllithographie definierter Quantenpunktkontakte auf einer GaAs/AlGaAs Heterostruktur durchgef¨uhrt. Hauptfokus der Untersuchungen bezieht sich auf den akustischen Einzelelektronentransport durch die Quantenpunktkontaktstruktur. Ein Potential eines im Abschnuerbereich betriebenen Quantenpunktkontakts kann durch das begleitende elektrische Feld einer akustischen Oberflaechenwelle derart moduliert werden, daß sich Quantenpunkte mit der Periodizitaet der Oberflaechenwelle durch den Quantenpunktkontaktkanal bewegen. Diese Quantenpunkte koennen abhaengig von den Potentialverh¨altnissen auf Grund der Coulombblockade mit ein, zwei, drei usw. Elektronen besetzt werden. Aus dieser Konfiguration ergibt sich ein quantisierter Strom durch den Quantenpunktkontakt der Groeße I = nef wobei n = 1, 2, 3..., e die Elementarladung und f die verwendete Frequenz der Oberflaechenwelle bedeuteten. Um die Modulationslaenge auf die Laenge des Quantenpunktkontakt zu bringen und im Hinblick auf einen zukuenftigen Stromstandard sind hohe Anregungsfrequenzen der Oberfl¨achenwelle noetig. So entfiel ein großer Teil der Arbeit auf die hochfrequenztechnische Optimierung der verwendeten Schallwandlerstrukturen auf GaAs. Es konnten als Ergebnis hervorragend angepaßte Schallwandlerstrukturen bis 3GHz entwickelt werden, die bei den Experimenten zum akustoelektrischen Transport Verwendung fanden. Die Stromst¨arken, die bei diesen Frequenzen erreicht werden liegen etwa bei 500pA fuer n = 1. Ein weiterer Teil der Arbeit entfiel auf die Herstellung der Quantenpunktkontakte und der interdigitalen Schallwandlerstrukturen. Bei der Herstellung der Quantenpunktkontakte wurde das Verfahren der fokussierten Ionenstrahllithographie in Kooperation mit der Arbeitsgruppe A. Wieck von der Ruhr-Universitaet Bochum verwendet. Die besondere Herausforderung bei der Herstellung der Schallwandlerstrukturen, die durch Elektronenstrahllithographie definiert wurden, war die Tatsache kleinste Strukturen (150nm) auf einer großen Flaeche (100µm mal 120µm) zu definieren. Da auf dieser Flaeche kein einziger Kurzschluß zwischen den Metallfingern existieren sollte, stellte dies besonders hohe Anforderungen an den Elektronenstrahllithographieprozeß. Als Ergebnis der Messungen des akustoelektrischen Stromtransports durch die lateral definierten Quantenpunktkontakte, konnte eine Quantisierung des Stromes bis zur fuenften Stufe (n = 5) sehr ausgepraegt beobachtet werden. Die Genauigkeit der Quantisierung blieb dabei noch hinter den Erwartungen zurueck und erreichte etwa 10%.