Elektrontransport
Syftet med laborationen är att undersöka hur elektroner kan röra sig genom heterostrukturer av
halvledarmaterial då man lägger på en spänning. Ni ska först diskutera vilka fenomen ni förväntar
er och får därefter testa era teorier med experiment på några olika heterostrukturer. Elektriska
mätningar av elektrontransport är generellt en viktig metod för att öka vår kunskap om fenomen på
nanoskalan. Mycket forskning ägnas också åt att använda strukturer liknande de som behandlas på
den här laborationen som kvantelektroniska komponenter.
Elektrontransport genom en enkelbarriär
Energi
V0
a
Material A
Material B
Material A
x
Genom att kombinera två olika halvledarmaterial kan man konstruera ett sk enkelbarriär-prov med
potential enligt figuren ovan. För de enkelbarriärer som ni kommer att mäta på är barriärhöjden
200 V0=300 meV och a av storleksordningen 10 nm. När en spänning läggs över provet kommer en
ström av elektroner att skickas mot barriären.
• Hur påverkas strömmen genom strukturen om barriärens höjd eller bredd ändras?
• Hur ser potentialen ut då en elektrisk spänning läggs över provet? Kommer spänningsfallet att
fördelas jämnt över strukturen? Jämfor med spänningsen i en elektrisk krets med resistorer.
• Hur förändras strömmen genom en viss barriär om spänningen ökar eller minskar? Skissera hur
ni förväntar er att strömmen varierar med spänningen för barriärer med olika dimensioner.
Elektrontransport genom en dubbelbarriärstruktur
Energi
a
Material A Material B
b
Material A
a
V0
Material B Material A
x
Istället för en enkelbarriär ska ni nu studera en dubbelbarriär-struktur enligt figuren ovan. På samma sätt som innan används en elektrisk spänning för att driva elektroner genom strukturen. Även
här kommer alla avstånd att vara i storleksordningen 10 nm men V0 är nu 200 meV.
• Hur beror transmissionssannolikheten för potentialstrukturen ovan på elektronenergin? Fundera
speciellt på hur avståndet mellan barriärerna påverkar transmissionskurvan. Skulle ni, med hjälp av
kvantmekaniska modeller från kursen, approximativt kunna räkna ut vid vilka energier transmissionen är speciellt stor? Hur?
• Vad händer med potentialen då man lägger på en elektrisk spänning? Skissera potentialens nya
utseende.
• Hur ändras strömmen genom strukturen då spänningen ändras? Skissera hur ström-spänningskurvan ändras då a eller b ändras.
• Vid mätningarna kommer ni, förutom prover, att ha tillgång till en spänningskälla, en potentiometer (för att kunna variera spänningen), en voltmeter samt en amperemeter. Diskutera hur dessa
ska kopplas ihop för att ni ska kunna mäta ström-spänningsamband för proverna. Rita kopplingsschema.
