Тунелювання електронів в гетероструктурі германій/кремній з германієвими квантовими точками: теорія

Анотація

Показано, що тунелювання електронів через потенціальний бар’єр, що розділяє дві квантові точки (КТ) германію, призводить до розщеплення електронних станів, локалізованих на сферичних поверхнях поділу (квантова точка – кремнієва матриця). Отримано залежність величин розщеплення електронних рівнів від параметрів наносистеми (радіуса квантової точки германію, а також відстані D між поверхнями квантових точок). Показано, що розщеплення електронних рівнів в ланцюжку КТ германію призводить до появи зони локалізованих електронних станів, яка розташована в забороненій зоні кремнієвої матриці. Виявлено, що рух екситона з перенесенням заряду по ланцюжку квантових точок германію викликає збільшення фотопровідності в наносистемах.

Показано, що в ланцюжку КТ германію виникає зона локалізованих електронних станів, яка розташована в забороненій зоні кремнієвої матриці. Така зона локальних електронних станів обумовлена розщепленням електронних рівнів в ланцюжку КТ германію. Крім того, рух електрона в зоні локалізованих електронних станів викликає збільшення фотопровідності в наносистемах. Ефект збільшення фотопровідності може внести істотний внесок в процес перетворення енергії оптичного діапазону в фотосинтезуючих наносистемах. Встановлено, що порівняння залежності розщеплення екситонного рівня E_ex(a) з певним радіусом КТ з експериментальним значенням ширини зони локалізованих електронних станів, що виникають в ланцюжку КТ германію, дозволяє отримати значення відстаней D між поверхнями КТ.

Показано, що, змінюючи параметри гетероструктур Ge/Si з КТ германію (радіуси КТ германію, а також відстані D між поверхнями КТ), можна змінювати положення і ширину зон локалізованих електронних станів. Остання обставина відкриває нові можливості використання таких наногетероструктур. як нових конструкційних матеріалів для створення нової нанооптоелектроніки і нано-фотосинтезуючих пристроїв інфрачервоного діапазону.