Transport nośników ładunku w nanostrukturach zawierajacych studnie kwantowe o różnych kształtach

Abstract

Praca doktorska poświęcona jest badaniom transportu nośników ładunku w strukturach niskowymiarowych zawierających studnie kwantowe o różnych kształtach (zarówno symetryczne jak i niesymetryczne względem inwersji współrzędnej przestrzennej studnie kwantowe). Pierwsza część rozprawy poświęcona jest badaniom efektu anizotropii fotoprzewodnictwa w asymetrycznych potencjałach (trójkątny i półparaboliczny) w zewnętrznym polu magnetycznym. Uzyskane rezultaty pokazują, że efekt ten może być mierzalny w polach magnetycznych rzędu kilku Tesli. W drugiej części podjęta jest próba inteligentnego projektowania nanostruktur, zawierających pojedyncze i podwójne studnie kwantowe. Na podstawie metody odwrotnego problemu rozpraszania (ISP) został przygotowany program komputerowy, którego celem jest odtwarzanie kształtu potencjału studni kwantowej na podstawie zadanego widma energetycznego. Ponieważ w większości przypadków kształt zrekonstruowanego potencjału jest nietrywialny, jest on zastąpiony funkcją aproksymacyjną (np. funkcja schodkowa) w taki sposób, aby widmo energetyczne uzyskane po rozwiązaniu równania Schödingera z nowym potencjałem aproksymacyjnym nie różniło się w znaczny sposób od widma początkowego. Podane zostały także wybrane zastosowania omawianej metody. Trzecia część rozprawy poświęcona jest zastosowaniu metody ISP do konstrukcji detektora promieniowania w zakresie THz. W pierwszym kroku została zaprojektowana tunelowa struktura z podwójną barierą, pozwalająca na absorbcję promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwościach 2.5 i 3.0 THz. Wykorzystując formalizm nierównowagowych funkcji Greena zostały wyznaczone niektóre charakterystyki detektora, m.in. gęstość elektronów, gęstość prądu ciemnego względem przyłożonego napięcia, odpowiedź foto-prądowa struktury względem energii fotonów.

The first part of the thesis is devoted to study the effect of anisotropy of photoconductivity in asymmetrical potentials (triangular and semi-parabolic) placed in an external magnetic field. The results show that the effect may be measurable in the magnetic fields about few Tesla. In the second part an approach to ‘smart’ design of nanostructures containing single and double quantum wells was proposed. On the basis of the Inverse Scattering Problem (ISP) method, the computer program was elaborated in the MatLab environment, which enables to reconstruct the QW potential based on the preset energy spectrum. Potential shape reconstructed in this way can be substituted then by some approximation, so that the output spectrum obtained by solving the Schröodinger equation with such approximated potential, differs only slightly from the input one The ISP technique was used in order to develop the tunable THz detector. The construction of the device is based on the adjustment of the energy distances between the quantum levels in such a way, that the detection of THz radiation becomes possible (2.5 and 3.0 THz). Using the formalism of non-equilibrium Green's function the characteristics of the detector was obtained: the dark current density versus electric field applied to the structure, the electron density, the photo-current response for the biased structure versus photon energy, etc.