Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Կուլոնյան վիճակները և օպտիկական կլանումը դիէլեկտրական սահմանափակմամբ կիսահաղորդչային նանոկառուցվածքներում

Ահարոնյան, Կամո Համլետի (2014) Կուլոնյան վիճակները և օպտիկական կլանումը դիէլեկտրական սահմանափակմամբ կիսահաղորդչային նանոկառուցվածքներում. Doctor of Sciences thesis, ԵՊՀ.

[img]
Preview
PDF (Abstract)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (642Kb) | Preview

    Abstract

    За последние десятилетия полупроводниковые наноструктуры благодаря своим уникальным физическим свойствам и беспримерному прикладному значению в лазерных технологиях и в квантовой оптике, в солнечной энергетике и в биомедицине, становились объектами интенсивного изучения, а также всеобщего интереса. Общим признаком всех наноструктур является свойство пространственного ограничения движения носителей заряда (НЗ) или эффект квантового ограничения (КО), который приводит к качественной перестройке энергетического спектра квазичастиц, существенным образом сказывается на коллективные свойства, порождает новые физические явления [1-5]. Достижения технологии синтеза полупроводниковых наносистем и, вместе с тем, накопленный научный потенциал исследований по наноструктурам, открывают уникальную область квантово-механической инженерии: создания уникальных классов гетерогенных систем с заданными параметрами и свойствами, а в перспективе - путь разработки приборов наноэлектроники, основанных на качественно новых нанометрических эффектах. Среди таковых вызывают всевозрастающий интерес полупроводниковые наноструктуры со строгим контрастом значений материальных параметров на гетерогранице (диэлектрическая проницаемость, разрывы энергетических зон, эффективная масса НЗ), а именно квантовые структуты с диэлектрическим усилением кулоновского взаимодействия или диэлектрические квантовые структуты (ДКС). Последние состоят из активной полупроводниковой наносреды с определенной диэлектрической постоянной, вкрапленной в барьерную среду со строго контрастным и, вместе с тем, малым значением диэлектрической постоянной [6-8]. Специфически они поддерживают, наряду с эффектом КО, дополнительное пространственное ограничение квазичастиц (электронов, дырок, экситонов, примесей), иницирующее пространственную локализацию диэлектрического характера или явление диэлектрического ограничения (ДО) [9-11]. Подбиранием материалов полупроводникового нанообразца и окружающей барьерной среды, а также мезоскопических размеров и формы активной области, становится возможным в широких пределах менять положение как одночастичных, так и кулоновских уровней энергии квазичастиц в полупроводниковых ДКС - осуществлять наряду с уже ставшей привычной "зонной инженерией" также "инженерию кулоновского взаимодействия" [10]. Так, на фоне основного квантово-размерного синего сдвига одночастичных энергетических линий и края оптического поглощения, эффект ДО ведет к дополнительному росту силы осцилляторов и частоты оптических переходов (диэлектрический синий сдвиг). Вместе с тем, увеличивая энергию кулоновской связанной пары (диэлектрический красный сдвиг), данный эффект частично компенсирует общий синий сдвиг межзонной частоты на краю оптической щели. Фактически при наличии эффектов КО и ДО количественный баланс на краях энергетических размерно-квантованных (РК) подзон определяется в основном корреляцией мезоскопических размеров активной области ДКС и отношением диэлектрических постоянных активной и барьерной сред. На данном этапе исследований и разработок накопилась довольно внушительная экспериментальная и теоретическая база для изучения проявлений различных аспектов эффекта ДО в наноструктурах. Уже созданы ДКС на основе полупроводниковых квантовых ям (КЯ), сверхрешеток (СР), квантовых нитей (КН) и точек (КТ) [12-15]. Ատեեախոսոնթյոնեը նվիրված է դիէլեկտրակաե սահմաեափակմամբ կիսահաղորդչային եաեոկառոնցվածքեերոնմ էքսիտոեայիե և ծանծաղ խառեոնկայիե վիճակների, լույսի օպտիկակաե կլաեմաե, իեչպես եաև' կոլեկտիվ երևոնյթեերի տեսակաե ոնսոնմեասիրոնթյաեը: Ստացվել եե հետևյալ հիմեակաե արդյոնեքեերը' Ցույց է տրված, որ արգելքայիե վերջավոր պոտեեցիալով ճսՏ/ՐեՏ/ճսՏ քվաետայիե փոսերոնմ դիէլեկտրակաե սահմաեափակմաե երևոնյթը բերոնմ է կոնլոեյաե վիճակի կապի էեերգիայիե բեորոշ մաքսիմոնմի բացակայոնթյաեը և կախված փոսի հաստոնթյոնեից' կապի էեերգիայի մոեոտոե վարքի հաստատմաեը: Որոշված եե արգելքայիե վերջավոր պոտեեցիալով ճսՏ/ՐեՏ/ճսՏ քվաետայիե փոսերոնմ կոնլոեյաե վիճակի կապի էեերգիայոնմ ադիտիվ եերդրոնմեերը' պայմաեավորված դիէլեկտրակաե սահմաեափակմամբ, էեերգիակաե գոտիեերի ոչ պարաբոլայեոնթյամբ, իեչպես եաև հետերոսահմաեոնմ լիցքակիրեերի արղյոնեարար զաեգվածի մեծոնթյաե թռիչքով: Ցոնյց է տրված, որ կիսահաղորդչայիե քվաետայիե լարերոնմ ծաեծաղ խառեոնկայիե կապված վիճակեերի էեերգիակաե մակարդակեերի քվազիստացիոեար բեոնյթը պայմաեավորված է ստորադիր չափայիե-քվաետայիե եեթագոտիեերի աեըեդհատ սպեկտրալ ֆոեով, ըեդ որոնմ' դիէլեկտրակաե սահմաեափակմաե երևոնյթի հաշվառոնմը բերոնմ է քվազիստացիոեար մակարդակեերի իեչպես լայեոնթյաե մեծացմաեը, այեպես էլ տեղաշարժի աճին: Դիէլեկտրական սահմաեափակմամբ արգելքայիե վերջավոր պոտեեցիալով կիսահաղորդչայիե քվաետայիե փոսոնմ դիէլեկտրակաե ֆորմալիզմի մեթոդի կիրառմամբ ստացված է աեալիտիկ արտահայտոնթյունն քվազիերկչափ կոնլոեյաե գործոեի համար: Մեջբերված եե դեպի երկչափ և եռաչափ դեպքեր սահմաեայիե աեցոնմեերի չափորոշիչեերը' կախված չափայիե-քվաետայիե և եյոնթակաե պարամետրերից: Ցոնյց է տրված, որ միակողմաեի ոնժեղ դիէլեկտրակաե թռիչքով կիսահաղորդչայիե քվաետայիե փոսերոնմ (դիէլեկտրակաե սահմաեափակմամբ իեվերսիոե շերտ) էքսիտոեայիե կլաեմաե գործակիցը, կախված քվազիերկչափ էկրաեավորմաե շառավղի չափից, չափայիե-քվաետայիե էեերգիակաե եեթագոտոն սահմաններում դրսևորում է օսցիլացիոն վարք: Գտնված է, որ կիսահաղորդչային քվանտային լարերում դիէլեկտրական սահմանափակման երևույթը բերում է էքսիտոնային կլանման գծերի ինտենսիվության կտրուկ աճի' կախված լարի հաստությունից, ինչպես նաև ծավալային նմուշների համեմատ ինտենսիվության դանդաղ նվազման' գլխավոր քվանտային թվի մեծացմանը զուգընթաց: The present dissertation is devoted to the theoretical investigation of coulomb states and optical absotption in the nanosystems with the dielectric confinement effect. It is revealed that the dielectric confinement effect in the realistic EuS/PbS/EuS finite confining quantum well system leads to the disappearance of the characteristic maximum of the coulomb state binding energy and establishes the binding energy monotonic behevior depending on the quantum well thicknesses. The additiv contributions in the coulomb localized state binding energy due to the dielectric confinement effect, energy band nonparabolicity and charge carriers effective mass value contrasts on the heteroboundary are determined in the realistic EuS/PbS/EuS finite confining quantum well system. It is shown that the charged shallow impurities in semiconductor quantum wires possess quasistationary localized state energy levels due to the existence of the continous spectral background, associated with the lowstanding size-quantized energy subbands. At the same time, the dielectric confinement effect taking into account in quantum wire leads to the enhancement of the quasistationary bound energy levels shift and broadening. Within the framework of the dielectric response theory, the analitycal expression of the quasi-two-dimensional Coulomb formfactor in the semiconductor quantum well with the finite confining potential is established in presence of the dielectric confinement effect. Corresponding size-quantized and material parameter dependent validity criteria of strictly two¬dimensional and three-dimensional cases have been given. It is shown that in the semiconductor quantum well with the strong unilateral dielectric mismatch (in the framework of model inversion layer affected by the dielectric confinement effect), an excitonic absorption coefficient oscilltes depending on the quasi-two-dimensional screening radius within the separate size-quantized energy subband. It is obtained that in semiconductor quantum wires the dielectric confinement effect leads to the strong enhancement of the excitonic absorption lines intensity depending on the thickness of the wire and, at the same time, with increasing of the main quantum number leads to the slow intensity decreasing in compare with the bulk samples.

    Item Type: Thesis (Doctor of Sciences)
    Additional Information: Կուլոնյան վիճակները և օպտիկական կլանումը դիէլեկտրական սահմանափակմամբ կիսահաղորդչային նանոկառուցվածքներում: The coulomb states and optical absotption in semiconductor nanostructures with dielectric confinement.
    Uncontrolled Keywords: Ահարոնյան Կամո Համլետի, Aharonyan Kamo Hamlet
    Subjects: Physics
    Divisions: UNSPECIFIED
    Depositing User: NLA Circ. Dpt.
    Date Deposited: 06 May 2017 10:59
    Last Modified: 10 May 2017 14:58
    URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/4621

    Actions (login required)

    View Item