Journal of Experimental and Theoretical Physics
HOME | SEARCH | AUTHORS | HELP      
Journal Issues
Golden Pages
About This journal
Aims and Scope
Editorial Board
Manuscript Submission
Guidelines for Authors
Manuscript Status
Contacts


ZhETF, Vol. 157, No. 6, p. 1072 (June 2020)
(English translation - JETP, Vol. 130, No. 6, p. 903, June 2020 available online at www.springer.com )

Решение самосогласованных уравнений Кона-Шэма и Пуассона для квазидвумерного электронного газа в обогащенном слое полупроводника с непараболической зоной проводимости
Шульман А.Я., Посвянский Д.В.

Received: December 30, 2019

DOI: 10.31857/S0044451020060097

PDF (720.5K)

Предложенный ранее метод самосогласованного решения системы уравнений Кона-Шэма и Пуассона обобщен на случай большой плотности электронов, локализованных вблизи поверхности вследствие размерного квантования электронного спектра в потенциальной яме области загиба зон. Получено полностью самосогласованное итеративное решение для квазидвумерного электронного газа в обогащенном слое на поверхности полупроводника с вырожденным электронным газом в объеме. Рассмотрены случаи параболического и непараболического энергетического спектра электронов проводимости. Для параболической зоны проводимости представлены пространственные распределения электронной плотности и электростатического потенциала, энергии уровней размерного квантования и их зависимость от глубины приповерхностной потенциальной ямы. Выявлено значительное уменьшение плотности трехмерных электронов в области обогащенного слоя, занятой квазидвумерным электронным газом. Рассчитаны зависимости избыточной поверхностной плотности электронов и емкости структуры от потенциала поверхности. Результаты представлены в безразмерной форме, что позволяет полуколичественно оценивать параметры обогащенных слоев по известным уровню легирования и величине загиба зон. В случае непараболической зоны проводимости из-за конечной ширины запрещенной зоны спектр квазидвумерного электронного газа получен в двухзонном приближении Франца-Кейна решением задачи на собственные значения для нового однозонного уравнения метода эффективной массы. Установлено, что плотность состояний и эффективная масса электронов в двумерных подзонах линейно растут с энергией. Выведена формула, которая аналитически аппроксимирует рассчитанный энергетический спектр. Найденные положение, дисперсия энергетического спектра и зависимость эффективной массы от энергии для подзон размерного квантования согласуются с опубликованными результатами прямых измерений свойств квазидвумерных электронов на поверхности n-InAs, полученных методами фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением и магнитотуннельной спектроскопии. Рассмотрены условия, при которых непараболичность зоны проводимости делает возможным поглощение квазидвумерными электронами нормально падающего излучения за счет межподзонных переходов.

 
Report problems