Элементы сверхпроводящей электроники. Динамика кристаллической решетки. Магнитные квантовые эффекты в полупроводниках, страница 16

Рис.20.10 Высокочастотная проводимость и ее производные в зависимости от магнитного поля, расчитанные для гетероструктуры GaAs/Al_xGa_1xAs при n=36,4 ГГц, m*=0.07m₀, wt=1, B₀=0.091Тл. Кривые: 1-s_-,2-s, 3-, 4-, 5-, 6-.

Разработанная методика определения подвижности и времени релаксации импульса носителей заряда применима для полупроводников одного типа проводимости с изотропной эффективной массой в области циклотронного и магнитоплазменного резонансов. Для двумерных полупроводниковых слоев применение этой методики эффективно в случае заполнения одной нулевой размерно-квантованной зоны носителями одного знака. Для определения подвижности и времени релаксации импульса носителей нет необходимости измерять абсолютные значения коэффициента отражения. Достаточно измерить величины магнитного поля, соответствующие максимумам производных коэффициента отражения.

Рис.20.11 Экспериментальные зависимости производных коэффициента отражения ¶R/¶В и  ¶²R/¶В² от магнитного поля, для 2D слоя GaAs гетероструктуры GaAs/Al_xGa_1xAs с концентрацией электронов n_s=2.5^.10¹¹см^-2 при Т=80К и n=36,4 ГГц.

Для определения подвижности и времени релаксации импульса носителей заряда не требуется точной подгонки образца к волноводам и полного перекрытия образцом сечения волновода. Рассмотренный в работе бесконтактный метод может быть применен для неразрушающего экспресс-контороля транспортных параметров полупроводниковых структур на начальных этапах изготовления полупроводниковых приборов.

§ 20.6. Метод нелинейного спинового резонанса

Для наблюдения спинового резонанса необходимо наличие источников лазерного излучения и возможности подстраиваться под необходимый резонанс. Это можно осуществить двумя способами: перестраивая лазерное излучение по частоте, либо изменяя энергетический спектр исследуемого полупроводника простым сканированием квантующего магнитного поля.

Метод нелинейного спинового резонанса основан на нелинейном отклике исследуемой среды на периодическое возмущение, обусловленном нелинейной зависимостью поляризации вещества от напряженности электрического поля световой волны. Воздействуя периодическим возмущением, состоящим из нескольких частот, легко получить комбинацию исходных частот в отклике системы. Так спиновый резонанс, лежащий в субмиллиметровом диапазоне, можно осуществить двумя лазерами, если разность их частот лежит в указанной области.

Наблюдение и исследование нелинейного спинового резонанса реализуется методом вынужденного комбинационного рассеяния с усилением измеряемого сигнала (ВКР - усиление). Вынужденное комбинационное рассеяние на свободных носителях в квантующем магнитном поле заключается в неупругом рассеянии лазерного излучения, в результате которого фотон падающего на образец мощного излучения накачки теряет энергию, равную энергетическому интервалу между спиновыми подуровнями Ландау. При этом происходит переворот спина электрона, т.е. свободный электрон переходит с нижнего спинового подуровня на верхний спиновый подуровень Ландау (рис. 20.12б). В случае двух падающих излучений на исследуемый образец полупроводника, мощного - накачки ω_Н и слабого - тестового ω_Т, возникает явление ВКР, которое происходит резонансным образом в момент совпадения разности энергий между спиновыми подуровнями с разностью энергий падающих фотонов. При этом слабое тестовое излучение усиливается за счет ВКР – излучения накачки. В этом случае происходит спин – флип резонанс, а метод наблюдения спинового резонанса называется методом ВКР – усиления тестового излучения с переворотом спина свободного электрона полупроводника.