Esta dissertação apresenta o estudo de metodologias de leitura e condicionamento de sinal de matrizes de fotodetectores a poços quânticos (QWIP-FPA) utilizando circuitos integrados dedicados a base de silício. Dispositivos híbridos como QWIP-FPAs apresentam uma série de particularidades que influenciam o seu desempenho, tais como, estabilidade da tensão de polarização dos fotodetectores, capacitâncias parasitas decorrentes dos PADs de hibridização (QWIP-ROIC) e elevados níveis de corrente de escuro. Uma arquitetura de ROIC ainda não verificada na literatura é proposta, na qual um circuito de célula unitária é projetado para ler, amplificar, fornecer uma tensão de polarização estável para o QWIP, diminuir a influência da capacitância do PAD de hibridização e subtrair a corrente de escuro do detetor, entre outras funcionalidades. A célula unitária foi simulada utilizando-se a ferramenta computacional Mentor Graphics, tecnologia AMS, 0.35?m, 3.3V. Os resultados mostram a possibilidade de se subtrair correntes de escuro geradas pelos QWIPs, realizar a integração da fotocorrente mantendo boa linearidade em uma faixa de operação de 10.2nA de fotocorrente bem como garantir tensões de polarizações estáveis, com variação menor que 0.4 mV para toda a faixa de operação. O circuito foi prototipado com financiamento do projeto PMU-FAPESP, pela Austriamicrosystems. Resultados experimentais preliminares apresentam grande coerência com as simulações, indicando grande potencial para implementação de um ROIC completo utilizando a célula unitária projetada.

Esta dissertação apresenta uma configuração experimental para medida do espectro de detecção de fotodetectores a poços quânticos que operem na faixa do infravermelho do espectro eletromagnético, nos comprimentos de onda entre 0,7 ?m e 15 ?m. Foram empregados 23 equipamentos diferentes, visando obter a espectroscopia de fotocorrente gerada por fotodetectores com uma resolução de 2 fA, em um ambiente com pressão inferior a 10-3 torr, com temperaturas entre 10 K e 100 K, com a aplicação de diferentes tensões de polarização e com resolução espectral de 1nm. Para realização das medidas foi utilizado um fotodetector a poços quânticos (QWIP) capaz de detectar comprimentos de onda nas faixas do infravermelho próximo (NIR), médio (MWIR) e distante (LWIR), simultaneamente. O arranjo experimental proposto é capaz de gerar radiação na faixa desejada, difratar nos comprimentos de onda de interesse, direcionar a radiação aos detectores, amplificar o sinal gerado pelos detectores e comparar as medidas de fotocorrente obtidas. Os resultados obtidos demonstraram elevada concordância com os modelos teóricos existentes na literatura. O domínio sobre as técnicas de caracterização de sensores é fundamental para independência tecnológica da Força Aérea Brasileira na medida em que possibilita a compreensão e adequada utilização dos diferentes dispositivos operacionais empregados.

Esta dissertação discute o desenvolvimento de modelos analíticos e numéricos para as características elétricas de transistores de fios quânticos. Sendo assim, realizou-se um estudo implementando uma sequência de formalismos e ferramentas computacionais para solução auto-consistente das equações de Schrödinger e Poisson para poços e fios quânticos. Com a utilização deste método numérico pode-se determinar os auto-estados os níveis de energias e as densidades eletrônicas de portadores livres, dentre outros parâmetros relevantes para dispositivos de fio quântico. Adicionalmente, realizou-se um estudo analítico das heteroestruturas semicondutoras de interesse para a área de dispositivos de dimensionalidade reduzida. Este estudo levou a obtenção de resultados referentes ao desenvolvimento de modelos teóricos para as características elétricas de dispositivos baseados no mecanismo de tunelamento ressonante. Os resultados obtidos para a característica corrente-tensão (I-V) nas heteroestruturas investigadas foram contrastados satisfatoriamente com os encontrados na literatura. Este ferramental analítico foi então aplicado para computar o coeficiente de transmissão eletrônico de um diodo de fio quântico com tunelamento ressonante. / This dissertation discusses the development of analytical and numerical models for the electrical characteristics of quantum wire transistors. A study is carried out, implementing a sequence of formalisms and computational tools for the self-consistent solution of the equations of Schrödinger and Poisson in quantum wells and quantum wires. By using this numerical formulation it is possible to determine the eigenstates, energy levels and free-carrier electronic density, among other relevant parameters for quantum wire devices. In addition, we also conducted an analytical study concerning semiconductor heetrostrucures of interest for reduced dimensionality devices applications. This study led to results regarding the development of theoretical models for the electrical characteristics of devices based on the resonant tunneling mechanism. The results obtained for the current-voltage (I-V) characteristics in the investigated heterostructures were satisfactorily compared to those available at the published literature and this analytical tool was then used to compute the electronic transmission coefficient in a resonant tunneling quantum wire diode.

Esta tese trata da modelagem das características eletrônicas de dispositivos semicondutores baseados em contatos Schottky heterodimensionais, definidos como contatos entre um metal e um sistema de dimensionalidade reduzida. Especificamente, este trabalho concentra-se na situação em que o metal é posto em contato direto com um gás eletrônico bidimensional presente na interface de uma heterojunção empregando dopagem modulada. Dispositivos de interesse são diodos Schottky, bem como estruturas do tipo metal-semicondutor-metal (MSM). Para a característica capacitância-tensão, C-V, é desenvolvido um modelo quasi-bidimensional que apresenta excelente concordância com os resultados experimentais disponíveis. Do ponto de vista da característica corrente-tensão, I-V, é apresentado um modelo unificado, considerando tanto o mecanismo de tunelamento, quanto o de emissão termoiônica. Nossas previsões teóricas, suportadas por alguns indicativos experimentais, sugerem que, para aplicações em fotodetecção, o uso de contatos heterodimensionais, substituindo junções metal-semicondutor convencionais, pode reduzir a corrente de escuro em pelo menos uma ordem de magnitude. / This thesis deals with the modeling of the electronic characteristics of semiconductor devices based on heterodimensional Schottky contacts, defined as contacts between a metal and a reduced dimensionality system. Specifically, this work focus on the situation in which a metal is placed in direct contact with a two dimensional electron gas located at the interface of a modulation doped heterojunction. Devices of interest are Schottky diodes as well as metal-semiconductor-metal (MSM) structures. For the capacitance-voltage characteristics a quasi two-dimensional model is developed, which yields very good agreement with available experimental results. For the current-voltage characteristics a unified model is presented, considering the tunneling as well as the thermionic emission mechanisms. Our theoretical predictions, supported by a few experimental findings, suggest that, for photodetection applications, the use of heterodimensional contacts, replacing conventional metal-semiconductor junctions, can reduce the dark current by at least one order of magnitude.

Orientador: Peter Alexander Bleinroth Schulz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-25T12:12:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MendozaLaTorre_GustavoMichel_D.pdf: 1916348 bytes, checksum: b8f5540da5d4eb35bea97f1eba1600a7 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Neste trabalho discutimos as propriedades de transporte eletrônico não interagente em sistemas nanoscópicos de transporte balístico confinado, onde as únicas fontes de espalhamento são os potenciais de confinamento e os de impurezas controláveis geradas usando, por exemplo, a ponta de um microscópio de força atômica (AFM) ou técnicas de split gate. Dois cenários quânticos são estudados. Inicialmente, diodos de tunelamento ressonante de GaAs/AlGaAs (RTD) onde o transporte é perpendicular à interface das heteroestruturas. Além disso, dispositivos nanoscópicos feitos de gás de elétrons bidimensional de GaAs (2DEG) estruturados onde o transporte é paralelo à interface das heteroestruturas. Estes sistemas são modelados na aproximação da massa efetiva ou função envelope usando métodos de discretização numerica e funções de Green da rede (método recursivo e auto-energias) para calcular as probabilidades de transmissão através do sistema. No caso dos RTD estudamos a densidade de corrente versus voltagem usando o modelo de Esaki-Tsu em função dos parâmetros da heteroestrutura. Discutimos a emissão termiônica numa super-rede tipo diodo de dupla barreira de GaAs/AlAs sem acoplamento X- G e comparamos com o experimento. Também analizamos o mapeamento das funções de onda dos estados discretos em diodos de dupla barreira no regime de tunelamento ressonante. Para os sistemas de 2DEG estruturados, estudamos comparativamente diferentes potenciais de confinamento: quantum wire (QW), quantum point contact (QPC), open quantum dot (OQD) e alguns sistemas acoplados calculando a condutância usando a formula de Landauer-Büttiker. Nós estudamos as condições apropriadas para realizar o mapeamento das densidades de probabilidade em OQDs usando a ponta de um AFM. Também discutimos o controle das ressonâncias de Fano e estados contínuos usando o mesmo sistema perturbado. Finalmente propomos um dispositivo quântico de multiplas funções baseado numa engenharia da função de onda, usando dois ingredientes básicos: primeiro um adequado mapeamento das densidades de probabilidade e segundo, um estudo do domínio de manipulação das ressonâncias e estados contínuos / Abstract: In this work we discuss the ballistic transport properties of non-interacting electrons in confined nanoscopic system, where the sample boundaries and a controllable impurity repulsive, such as the one induced by scanning a Atomic Force Microscope tip or using split gates technique are the only source of electron sacttering. Two quantum scenary are studied: first resonant tuneling diode of GaAs/AlGaAs (RTD) where of transport is perpendicular with the interface and mesoscopic device of confined 2DEG where of transport is parallel with the interface of the heterostructures. This systems are modelated in the aproximation of effective mass or envelope function using continuous discreet and lattice Green's function (recursive and self-energy) methods, for calculate the transmission amplitudes through system. In the case of RTD, we study the current vs voltage using the Esaki-Tsu model in function of the parameters of the heterostructures. We discuss the thermionic emission across GaAs/AlAs super lattice type double-barrier quantum well structures without X- G coupled and compared with the experiment. Also, we analized the mapping of the wave functions of discreet states in RTD: double-barrier quantum well. For the systems of confined 2DEG, we study diferent confinement potentials: quantum wire (QW), quantum point contact (QPC), open quantum dot (OQD) and any systems coupled, calculate the conductance using the Landauer-B. uttiker model. We discuss the minimal conditions for wave functions mapping in OQD using the AFM tip. Also, study the tuning of Fano resonances and continuous states using the AFM tip. Finally, we propose a quantum device of multiples functions based in a wave-function engineering in quantum dots, using two ingredients basic: firts a adequate wave function mapping and second a systematic tunning of the resonant and continuous states / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Marcos Roberto da Silva Tavares. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Física, 2009.

Made available in DSpace on 2015-04-22T22:07:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RICARDO_HERCULANO.pdf: 868447 bytes, checksum: 0c36ef607bb3e267e05d3dc5c7242880 (MD5) Previous issue date: 2005-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we studied the time evolution of the hole states of the valence sub-band of a heteroestructure quantum well type with effective width time periodically dependent. Although of the experimental point of view this work not to be possible, we can imagine a mechanism through which the active region of confinement is modified of periodic form. We study of detailed form the effect of the coupling (kk 6= 0), between bands HH and LH on the wave functions envelope, we analyze the probabilities of transistion in subbandas HH1 and LH1, effect this known as "mixing" of the valence subbands. To develop this study we made use of the time evolution operator applied the wave functions envelope that had been gotten by mass effective equation for the Luttinger Hamiltonian. We compare the results gotten with the results of another work, where the system evolves with constant speed, thus analyzing the differences in the evolutions. Unhappily we do not find in literature references regarding evolutions with periodic speed, what it disabled possible comparisons. / Neste trabalho estudamos a evolução temporal dos estados de buracos da banda de valência de uma heteroestrutura tipo poço quântico com largura efetiva dependente periodicamente do tempo. Apesar de, do ponto de vista experimental, este trabalho não ser possível, podemos imaginar um mecanismo através do qual a região ativa de confinamento seja alterada de forma periódica. Estudamos de forma detalhada os efeitos do acoplamento (fórmula), entre as bandas HH e LH sobre as funções de onda envelope, analisamos as probabilidades de trasição nas subbandas HH1 e LH1, efeito esse conhecido como "mixing" entre sub-bandas . Para desenvolvermos esse estudo fizemos uso do operador evolução temporal aplicado às funções de onda envelope que foram obtidas via equação de massa efetiva para o Hamiltoniano de Luttinger. Comparamos os resultados obtidos com os resultados de outros trabalhos, onde o sistema evolui com velocidade constante, analisando assim as diferenças nas evoluções. Infelizmente não encontramos na literatura referências a respeito de evoluções com velocidade periódica, o que impossibilitou possíveis comparações.

Orientador: Elso Drigo Filho / Banca: Paulo Cesar Peres de Andrade / Banca: Regina Maria Ricotta / Banca: Jorge Chahine / Banca: Marinônio Cornélio / Resumo: A transferência de elétrons ocorre, por exemplo, em sistemas fotossintéticos. Dentre esses sistemas, a fotossíntese bacteriana destaca-se por ser um processo cíclico. O objetivo deste trabalho é propor um modelo de poços quânticos para estudar a transferência de elétrons em que seus valores de potenciais e o tamanho de cada poço seja inspirado na fotossíntese da bactéria púrpura Rhodobacter sphaeroides, e que através deste modelo seja possível reproduzir e acompanhar a transferência de elétrons no centro de reação. O modelo proposto é formado por quatro poços de potenciais assimétricos e o método de cálculo sugerido é que seja resolvido dois a dois através da solução para o poço duplo assimétrico. Através de uma equação transcendental é possível obter graficamente os autovalores de energia que compõe o modelo. O tempo característico de tunelamento de cada etapa é determinado pela Fórmula de Rabi. Neste trabalho foram resolvidos analiticamente, através de Equação de Schrödinger independente do tempo, os potenciais biestáveis do Poço Duplo Quadrado Unidimensional Simétrico e do Poço Duplo Assimétrico, concentrando neste último grande parte do estudo. Para uma validação do método proposto para os cálculos dos níveis de energia, são resolvidos o Poço Triplo Quadrado Unidimensional Simétrico e Assimétrico, este último com os mesmos potenciais dos três primeiros poços do modelo sugerido neste trabalho / Abstract: The electron transfer occurs, for instance, in photosynthetic systems. Among these systems, the bacterial photosynthesis stands for being a cyclical process. The objective of this work is to propose a model of quantum wells to study the electrons transfer. The values used to deep of the potential and the size of each well are inspired by the photosynthetic purple bacterium Rhodobacter sphaeroides. From the suggested model it is possible to reproduce and to follow electron transfer in the reaction center of the bacterium. The proposed model consists in four asymmetric potential wells and the suggested method of calculation is to solve the problem two by two using the solution of the asymmetric double well. The eigenvalues of energy is obtained from a transcendental equation. The characteristic time of tunneling from each step of the process is determined from the Rabi formula. In this work, we obtain the analytical solution from independent of time Schrödinger equation for the bistable square symmetric and asymmetric one dimensional potential. For validation of the proposed method the triple square symmetric and asymmetric potentials are resolved / Doutor

BATISTA JÚNIOR, Francisco Florêncio. Propriedades de transportes em fios e poços quânticos. 2009. 73 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-04T19:05:12Z No. of bitstreams: 1 2009_dis_ffbatistajunior.pdf: 2157799 bytes, checksum: 21fa9e91409293ec4b1914c4cd297c44 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T14:47:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_dis_ffbatistajunior.pdf: 2157799 bytes, checksum: 21fa9e91409293ec4b1914c4cd297c44 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T14:47:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_dis_ffbatistajunior.pdf: 2157799 bytes, checksum: 21fa9e91409293ec4b1914c4cd297c44 (MD5) Previous issue date: 2009 / Semiconductor materials are responsible for the large development in electronic industry, what made it possible the creation of new devices. The heterostructures gave a large impulse to the solid-state physics. Semiconductors study is nowadays concentrated in the low-dimensional systems, as quantum wells, quantum wires, quantum dots and quantum rings. In this work, we investigate the transport properties of heterostructured quantum wires of double barrier. We begin with calculation of radial confinement energy in a quantum wire InAs/InP of double barrier. We use a cylindrical model of wire with gradual and abrupt nterfaces. Transmission coefficients are calculated. We study its behavior varying barriers width, distance between them and the wire radius. In the future, we will use these results to calculate electric current through the device. We also investigate transport properties of bidimensional systems with self-energy potential. We use heterostructures of Si/SiO2 and Si/HfO2. We solve Poisson’s equation with epsilon depending on z, expanding the potential in a Fourier-Bessel series, finding the image potential of the barriers. We calculate the electric current through this potential in function of the applied voltage, varying temperature and the distance between the barriers. We also consider gradual interfaces for the simple barrier case. / Materiais semicondutores são os principais responsáveis pelo grande crescimento da indústria eletrônica e pelo surgimento de novas tecnologias. A criação de heteroestruturas possibilitou um grande impulso à física do estado sólido. Atualmente, o estudo de semicondutores está concentrado em sistemas de dimensionalidade reduzida, como os poços, fios, pontos e aneis quânticos. Neste trabalho, investigamos as propriedades de transporte em fios quânticos heteroestruturados de barreira dupla e em sistemas bidimensionais de barreira simples e dupla. Iniciamos com o cálculo da energia do confinamento radial no fio quântico InAs/InP de barreira dupla. Usamos um modelo de fio cilíndrico com e sem interfaces graduais. Calculamos as transmissões através das barreiras e estudamos o comportamento das mesmas variando a largura das barreiras, a distância entre elas e o raio do fio. Futuramente utilizaremos estes resultados para o cálculo da corrente elétrica através do dispositivo. Também investigamos as propriedades de transporte em sistemas bidimensionais com potencial de auto-energia. Utilizamos heteroestruturas formadas por Si/SiO2 e Si/HfO2. Sendo as constantes dielétricas dos óxidos diferentes do silício, resolvemos a equação de Poisson com epsilon dependente de z. Expandimos o potencial em uma série de Fourier-Bessel, encontrando, por fim, o potencial imagem para as barreiras. Calculamos a corrente elétrica através deste potencial em função da voltagem, variando a temperatura, a distância entre as barreiras. Também levamos em conta as interfaces graduais para o caso de barreira simples.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1647.pdf: 2679303 bytes, checksum: a7cb3106d393dd6c98cb62d4ab7c19a1 (MD5) Previous issue date: 2007-02-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / Photoluminescence spectroscopy has been used to provide important insight on the tunneling dynamics of carriers in double barrier diodes. In this work, we have performed time-resolved photoluminescence measurements in symmetric and asymmetric p-type GaAs/AlAs resonant tunneling diodes in order to study the tunneling dynamics of photocreated minority electrons. We observed several peaks in the current voltage characteristics (I-V) associated to the resonant tunneling of holes through different quantum well heavy- and light-hole sub-bands. Under light excitation, we have observed the developing of additional peaks in the I-V curve. For the asymmetric structure, two peaks were observed and associated to the exciton assisted tunneling and resonant tunneling of photogenerated electrons. We have studied the temporal evolution of the GaAs contact and quantum well (QW) emission versus the applied bias voltage. For the QW, the luminescence comes solely from the recombination between the lowest-energy confined levels in the QW even when the device is biased at higher tunneling resonance peaks. For both structure, the PL decay depends on the applied voltage and presents a bi-exponential decay for some values of bias. The results revealed a markedly long PL decay at the bias voltage associated the exciton assisted tunneling resonance in the current voltage characteristic. For the GaAs emission, we observed a weak dependence of the PL intensity versus voltage and a mono-exponential decay. We analyze our results considering the diffusion and tunneling of minority electrons in the structure / Neste trabalho, realizamos um estudo de fotoluminescência resolvida no tempo em diodos de tunelamento ressonante do tipo p. Em particular, estudamos estruturas p-i-p de GaAs/AlAs com barreiras de largura simétrica e assimétrica. Desta forma, os efeitos observados são predominantemente referentes a dinâmica de tunelamento de elétrons fotocriados na estrutura (portadores minoritários). Realizamos medidas de transporte e fotoluminescência resolvida no tempo do poço quântico e do contato em baixa temperatura e em função da tensão aplicada na estrutura. Para ambos os diodos, observamos uma dependência importante do tempo característico de decaimento da fotoluminescência do poço quântico com a voltagem aplicada. Observamos também um decaimento bi-exponencial para voltagens próximas ao tunelamento de portadores minoritários (elétrons fotogerados). Para emissão do contato GaAs, observamos um decaimento monoexponencial e uma fraca dependência com a voltagem aplicada. Os resultados obtidos foram interpretados a partir da difusão e tunelamento de portadores minoritários na estrutura