Положительное квазиклассическое магнитосопротивление и квантовые эффекты в германиевом квантовом канале

Abstract

Изучено изменение проводимости дырочной гетероструктуры с квантовой ямой из сплава Si₀,₀₅Ge₀,₉₅ в температурном интервале 0,352–7,1 К в магнитных полях до 11 Тл. Особенностью данного образца было асимметричное допирование: с разных сторон от квантового канала располагались слои Si₀,₄Ge₀,₆ с концентрацией примесных атомов бора 2·10¹⁸ и 8·10¹⁸ см⁻³. На фоне большого квазиклассического положительного магнитосопротивления наблюдались ярко выраженные осцилляции Шубникова–де Гааза. Изменение с полем монотонного хода магнитосопротивления хорошо описывается функцией вида ρxx(B)/ρxx(0)∝B¹²/⁷, предсказанной в теории, рассматривающей совместное влияние двух типов беспорядка — близкодействующего и дальнодействующего. В температурном и магнитополевом изменении сопротивления определен вклад квантовых поправок, связанных с эффектами слабой локализации и взаимодействия носителей заряда. Их анализ выявил сильное спин-орбитальное рассеяние дырок в квантовой яме. Изучение изменения амплитуды осцилляций Шубникова–де Гааза с температурой и магнитным полем (с учетом монотонного хода сопротивления при изменении магнитного поля) дало возможность определить эффективную массу носителей заряда m*=0,17m₀. Исследование эффекта перегрева носителей заряда электрическим полем позволило найти температурную зависимость времени дырочнофононной релаксации.

Вивчено змінення провідності діркової гетероструктури з квантовою ямою з сплаву Si₀,₀₅Ge₀,₉₅ у температурному інтервалі 0,352–7,1 К у магнітному полі до 11 Тл. Особливістю цього зразка є асиметричне допування, так що поряд з квантовим каналом розташовувалися шари Si₀,₄Ge₀,₆ з концентрацією домішкових атомів бора 2·10¹⁸ и 8·10¹⁸ см⁻³. На фоні великого квазікласичного позитивного магнітоопору спостерігалися яскраво виражені осциляції Шубнікова–де Гааза. Змінення з полем монотонного ходу магнітоопору може бути гарно описано функцією виду ρxx(B)/ρxx(0)∝B¹²/⁷, яка була завбачена у теорії, що розглядала сумісний вплив двох типів безпорядку — близькодіючий та далекодіючий. У температурному та магнітопольовому змінені опору виявлено внесок квантових поправок, що пов’язані з ефектами слабкої локалізації та взаємодії носіїв заряду. Їх аналіз виявив сильне спін-орбітальне розсіюваня дірок у квантовій ямі. Вивчення змінення амплітуди осциляцій Шубнікова–де Гааза з температурою та магнітним полем (з урахуванням монотонного ходу опору при змінені магнітного поля) дало можливість визначити ефективну масу носіїв заряду m*=0,17m₀. Дослідження ефекту перегріву носіїв заряду електричним полем дало змогу знайти температурну залежність часу дірково-фононної релаксації.

The p-type heterostructure with a Si₀,₀₅Ge₀,₉₅ quantum well has been studied. The peculiarity of this sample was asymmetrical doping, at which the boron doped Si₀,₄Ge₀,₆ layers with dopant concentration 2·10¹⁸ см⁻³ and 8·10¹⁸ см⁻³ were located nearby both sides of the Si₀,₀₅Ge₀,₉₅ quantum channel. There were well defined Subnikov–de Haas oscillations on the background of the high quasi-classical positive magnetoresistance (MR). The monotonic dependence of MR on magnetic field is well described by function ρxx(B)/ρxx(0)∝B¹²/⁷ predicted in theory [10] where the model of common influence of short-range and long-range disorder are given. Quantum corrections to conductivity (weak localization and hole-hole interaction) are defined in the temperature and magnetic field changes of resistance. Their analysis revealed a strong spin-orbit scattering of holes in the quantum well. Study of changes in Shubnikov–de Haas oscillations amplitude with temperature and magnetic field (with taking to account the monotonic background of resistance) made it possible to determine the effective mass of charge carriers m* = 0.17m₀. The temperature dependence of hole-phonon relaxation time was determined by studying the effect of charge carriers overheating by electric field.