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Open Access
Anorganisch/organische Halbleiter-Schichtsysteme : Elektronische Eigenschaften und magnetische Resonanz
(1998) Schulte, Markus
Perylen-tetra-carbonsäure-dianhydrid (PTCDA) Schichten wurden durch Molekularstrahldeposition (MBD) im Hochvakuum auf ein Galliumarsenid (GaAs) Substrat aufgebracht und mit Goldelektroden kontaktiert. Das Schichtsystem wurde mit elektrischen Methoden (Strom-Spannungs-Kennlinien, Kapazitäts-Spannungs-Kennlinien, Impedanz-Frequenz-Spektren und Photospannungsspektren), sowie mit elektrisch detektierter Elektronenspin-Resonanz (EDESR) untersucht. Aus den Messungen ergibt sich ein Modell für die relative Lage der Energieniveaus. Die Proben zeigten nichtlineare Strom-Spannungs-Verläufe. Aus Modellen für verschiedene Bereiche der U-I-Kennlinie wurden Leitfähigkeiten, Ladungsträgerbeweglichkeiten und Werte der Ladungsträgerbarrieren an den Grenzflächen ermittelt. Aus Kapazitätsspektren wurden Ladungsträgerdichten und Bandverbiegungen an den Grenzflächen ermittelt. Ein Ersatzschaltbild der Proben wurde an frequenzabhängige Impedanzspektren modelliert. Widerstände und Kapazitäten der einzelnen Grenzschichten konnten ermittelt werden. Die Photospannung wurde in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Anregungslichtes aufgenommen. Aus Spektren mit konstanter Intensität der Beleuchtung konnten Exzitonendiffusionslängen bestimmt werden. EDESR-Spektren der Proben wurden bei konstantem Strom durch die Systeme aufgenommen. Es wurden 2 Linien bei einem g-Faktor nahe 2 gefunden. Die Abhängigkeit der Signale von Mikrowellenleistung, Strom, Temperatur und Detektionsphase wurden untersucht. EDESR-Spektren bei Beleuchtung der Probe wurden aufgenommen und ausgewertet.
Open Access
Elektronenspinresonanz-Untersuchungen an zweidimensionalen Elektronensystemen in III-V-Halbleitern
(2005) Schulte, Markus; Denninger, Gert (Prof. Dr.)
Im Rahmen dieser Arbeit wurden zweidimensionale Elektronengase in zwei verschiedenen Materialsystemen mit Methoden der Elektronenspin-Resonanz untersucht. Beide Systeme bilden das 2-DEG innerhalb eines Quantentopfs aus, der durch Heterostrukturierung der Halbleiter erreicht wird. Beide Systeme sind aus der Gruppe der III-V-Halbleiter, an denen bislang direkte ESR-Messungen nicht reproduzierbar gelungen waren. Messungen am Galliumarsenid-System: Die Standard-ESR-Messungen im Q-Band erwiesen sich als sehr schwierig. Dies war vor allem darauf zurückzuführen, dass das ESR-Signal nicht nur wie erwartet schwach und breit ist, sondern auch eine sehr große dynamische Kernspinpolarisation und eine dadurch verursachte Overhauserverschiebung zeigt. Im Upsweep wurde der g-Faktor der GaAs-Linie zu g = 0.39 bestimmt. Die Genauigkeit ist sehr gering, da zum einen das Signal-Rausch-Verhältnis sehr schlecht ist, zum anderen die Linienform sehr verzerrt, sodass die Linienlage lediglich aus dem Nulldurchgang ermittelt werden konnte. Dieses Ergebnis war bei vielen Einzelmessungen mit geeigneten Messbedingungen reproduzierbar. Im Downsweep variiert die Position der Linie sehr stark mit den Randbedingungen. In einzelnen Fällen konnte eine Serie von Spektren aufgenommen werden, in denen sich die Linie von Sweep zu Sweep verschiebt. Dies und die Tatsache, dass ein einzelner Sweep über den Messbereich etwa 20 Minuten dauert, machten es unmöglich, die Vielzahl experimenteller Parameter hinreichend gut zu optimieren. Letztlich konnten weder vergleichbare Messungen bei verschiedenen Leistungen, noch Temperaturreihen gemessen werden. Allerdings konnten bei Temperaturen über 10 Kelvin keine ESR-Signale gemessen werden. Die abgeschätzten Linienbreiten liegen zwischen 300 und 500 Gauss. Um den Einfluss der Hyperfeinwechselwirkung auszuschalten, wird bei einer ESR-Linienlage von X Tesla eine RF eingestrahlt, sodass die Kernresonanz des Arsens (50 % der Kernspins) bei (X-0.2) Tesla liegt. Dann wird die ESR im Downsweep gemessen. Da die ESR-Linie im Downsweep durch die DNP stetig zu kleineren Magnetfeldern 'verschoben' wird, erreicht man irgendwann das Feld, bei dem die Kerne in Resonanz sind und depolarisiert werden. Die ESR-Linie kann nicht weiter 'geschoben' werden, und man misst eine sehr scharfe Linie. Diese Messungen konnten erfolgreich und reproduzierbar durchgeführt werden. Messungen am Aluminiumarsenid-System: An der Aluminiumarsenid-Probe konnte die direkte Detektion der ESR an den Elektronen im QW demonstriert werden. Die Detektion erfolgt durch das Bychkov-Rashba-Feld. Dieses Feld entsteht durch die Spin-Bahn-Kopplung der Leitungselektronen in nicht inversionsymmetrischen Gittern. Transport-Messungen zeigen, dass die AlAs-2D-Elektronen beide in-plane X-Täler besetzen. Direkte ESR in dem zweidimensionalen Elektronengas des AlAs-Quantentopfes konnte gemessen werden. Die Probe wurde im X-Band bei 9.35 GHz und im Q-Band bei 34 GHz bei Temperaturen von 4-35 Kelvin untersucht. Der g-Faktor konnte zu 1.991 bei 9.35 GHz und zu 1.989 bei 34 GHz bestimmt werden. Die Linienbreite beträgt 7 Gauss. Die Temperatur- und Leistungsabhängigkeiten des ESR-Signals bestätigen, dass das Signal über das Bychkov-Rashba-Feld detektiert wird.