Neste trabalho investigamos o tunelamento ressonante em estruturas de dupla barreira GaAs/(AlGa)As que foram fabricadas em mesas quadradas de tamanho lateral mesoscópico e macroscópico (&#8764 10&#956m &#215 10&#956m). Uma camada tipo &#948 com diferentes concentrações de Silício foi incorporada no centro do poço quântico. As características I(V) mostram algumas estruturas em posição de voltagem abaixo do pico de ressonância principal que são atribuídas a estados relacionados a impurezas. Tais estados localizados estão presentes no poço quântico com energias de ligação bem maiores do que um doador de Silício isolado. Estes estados de maior energia de ligação são atribuídos a pares de doadores distribuídos aleatoriamente. Em alguns dispositivos onde estados relacionados a impurezas podem ser identificados isoladamente na característica I(V), um efeito destacável pode ser observado. Um pica na característica I(V) aparece nas mais baixas temperaturas medidas (abaixo de 1K) quando o nível de Fermi no emissor se alinha com o estado localizado relacionado a impureza. Tal pico e atribuído a interação Coulombiana entre o elétron no sitio localizado e os elétrons no gás bidimensional (emissor). / We have investigated resonant tunneling in GaAs/(AlGa)As double barrier structures which have been fabricated into square mesoscopic and macroscopic size mesas (&#8764 10&#956m &#215 10&#956m) A &#948 layer with different concentrations of Silicon donors was incorporated at the centre of the quantum well. The I(V) characteristics show some features below the threshold for the main resonance that are due to impurity related state. Such localized states are found to be related to the presence of donor impurities in the vicinity of the quantum well with binding energies much higher than the single isolated hydrogen donor. These higher binding energy states are identified as being due to random pairs of shallow donors. In some devices where an isolated impurity related state can be identified in the 1(V characteristics a remarkable effect is observed. A peak appears at low temperatures (below 1K) in the 1(V) characteristics when the emitter Fermi level matches the localized state. Such feature is attributed to the Coulomb interaction between the electron on the localized site and the electrons in the Fermi sea of the 2DEG.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:07:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissErivelton Oliveira Alves.pdf: 643061 bytes, checksum: 32148288b33769364a665f4bc2c83e1c (MD5) Previous issue date: 2006-08-02 / We investigate the resonant tunneling of electrons and holes in an asymmetric double quantum bit CdTe / CdMnTe in the presence of electric and magnetic fields applied along the growth direction. We show that in this case it is possible to achieve a condition of simultaneous resonant tunneling of electrons and holes with spin set, ie, a resonant tunneling of excitons polarized. Then we calculated the excitonic binding energy as a function of applied fields, showing the strong dependence of the binding energy with the tunneling of carriers. The electronic structure was calculated using the k ~ ~ p multiband Kane model. The eigenstates were obtained by solving numerically the equations ° C ~ the effective mass using the method of inverse power. The effects of lattice strain were treated by the Bir-Pikus model. The energy calculation of excitonic Dial-Up was conducted using the variational method. We consider the perfectly abrupt interfaces of the heterostructures, ie effects of enlargement of the interfaces were neglected. / Investigamos o tunelamento ressonante de elétrons e buracos em um pouco quântico duplo assimétrico de CdTe/CdMnTe na presença de campos elétricos e magnéticos aplicados ao longo da direção de crescimento. Mostramos que neste caso é possível alcançar uma condição de tunelamento ressonante simultâneo de elétrons e buracos com spin definido, isto é , um tunelamento ressonante de éxcitons polarizados. Em seguida calculamos a energia de ligação excitônica em função dos campos aplicados, mostrando a forte dependência da energia de ligação com o tunelamento dos portadores. A estrutura eletrônica foi calculada usando o método ~k ~p no modelo multibandas de Kane. Os autoestados foram obtidos resolvendo-se numericamente a equa¸c ao da massa efetiva usando o método das potência inversa. Os efeitos de tensão da rede cristalina foram tratados pelo modelo de Pikus-Bir. O cálculo de energia de ligaçãoo excitônica foi realizado usando o método variacional. Consideramos as interfaces da heteroestrutura perfeitamente abruptas, isto é, efeitos de alargamento das interfaces foram desprezados.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3794.pdf: 17721129 bytes, checksum: b6546a47de96bdc71ee912de0e338148 (MD5) Previous issue date: 2011-03-11 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work, we have studied the transport and optical properties of GaAs = AlGaAs resonant tunneling diodes with Si delta-doping at the center of the quantum well. We have studied magneto-transport and polarized resolved photoluminescence from GaAs quantum well and contact layers as a function of applied voltage and magnetic _eld parallel to the tunnel current. Three resonant peaks are observed in the current-voltage characteristics curve and are associated to the resonant tunneling through the bound state of a shallow donor impurity in the quantum well (donor-assisted resonant tunneling), the electron resonant tunneling through the _rst con_ned state in the quantum well and the phonon-assisted tunneling. The contact layer and the quantum well emissions were investigated as a function of applied bias at 15 T. The optical emission from GaAs contact layers shows evidence of highly spin polarized two-dimensional electron (2DEG) and hole (2DHG) gases which a_ects the spin polarization of carriers in the QW. The quantum well (QW) photoluminescence presents strong circular polarization with values up to 85% in 15 T at low applied voltages (at the donor assisted resonant tunneling condition) and for low laser intensities. Our results may be interesting for the developing of new voltage-controlled spintronics devices. / Neste trabalho, realizamos um estudo sistemático das propriedade óticas e de transporte de um diodo de tunelamento ressonante GaAs = AlGaAs com delta-doping de Silício no centro do poço quântico. Realizamos medidas das curvas características corrente tensão e da fotoluminescência resolvida em polarização em função da voltagem e do campo magnético aplicado na direção paralela à corrente túnel. Foram observados três picos na curva característica de corrente-tensão, que foram associados ao tunelamento ressonante através de estados ligados de impurezas doadoras no poço quântico (tunelamento ressonante assistido por impurezas doadoras), tunelamento ressonante do elétron através do primeiro estado con_nado no poço quântico e ao tunelamento assistido por emissão de fônons óticos. Observamos sinal de fotoluminescência associado à emissão em diferentes camadas da amostra incluindo o poço quântico de GaAs e as camadas de contato com intensidades sensíveis à voltagem aplicada ao diodo. A emissão das camadas do contato e do poço quântico em função da voltagem foi investigada para diferentes valores de campo magnético. Na ausência de campo magnético, observamos uma emissão dependente da voltagem, que foi associada à recombinação indireta de buracos do gás bidimensional de buracos que se formam próxima à barreira e elétrons livres. Uma nova emissão dependente da voltagem aplicada foi observada na presença de campo magnético e foi associada à recombinação de elétrons do gás bidimensional de elétrons que é formada próxima à barreira emissora com buracos livres. Observamos que tais emissões, associadas aos gases bidimensionais, são altamente polarizadas e podem contribuir de forma signi_cativa para polarização de spin na região do poço quântico. Observamos também um alto grau de polarização de spin do poço quântico com valores de até 85% em 15 T em baixa voltagem (condição em que há o tunelamento ressonante assistido por impurezas doadoras) e em baixa intensidade do laser. Foi realizado também um breve estudo do comportamento das i ii emissões com a variação do campo magnético e da potência de luz aplicada. De forma geral, nossos resultados podem ser interessantes para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos controlados por voltagem

Materiais semicondutores sÃo os principais responsÃveis pelo grande crescimento da indÃstria eletrÃnica e pelo surgimento de novas tecnologias. A criaÃÃo de heteroestruturas possibilitou um grande impulso à fÃsica do estado sÃlido. Atualmente, o estudo de semicondutores està concentrado em sistemas de dimensionalidade reduzida, como os poÃos, fios, pontos e aneis quÃnticos. Neste trabalho, investigamos as propriedades de transporte em fios quÃnticos heteroestruturados de barreira dupla e em sistemas bidimensionais de barreira simples e dupla. Iniciamos com o cÃlculo da energia do confinamento radial no fio quÃntico InAs/InP de barreira dupla. Usamos um modelo de fio cilÃndrico com e sem interfaces graduais. Calculamos as transmissÃes atravÃs das barreiras e estudamos o comportamento das mesmas variando a largura das barreiras, a distÃncia entre elas e o raio do fio. Futuramente utilizaremos estes resultados para o cÃlculo da corrente elÃtrica atravÃs do dispositivo. TambÃm 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 dielÃtricas dos Ãxidos diferentes do silÃcio, resolvemos a equaÃÃo de Poisson com epsilon dependente de z. Expandimos o potencial em uma sÃrie de Fourier-Bessel, encontrando, por fim, o potencial imagem para as barreiras. Calculamos a corrente elÃtrica atravÃs deste potencial em funÃÃo da voltagem, variando a temperatura, a distÃncia entre as barreiras. TambÃm levamos em conta as interfaces graduais para o caso de barreira simples. / 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 Poissonâs 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.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-19T20:49:29Z No. of bitstreams: 1 TeseVOG.pdf: 4526477 bytes, checksum: f864ec51b52cd413053067c5f7305ea5 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-20T14:06:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseVOG.pdf: 4526477 bytes, checksum: f864ec51b52cd413053067c5f7305ea5 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-20T14:06:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseVOG.pdf: 4526477 bytes, checksum: f864ec51b52cd413053067c5f7305ea5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-20T14:06:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseVOG.pdf: 4526477 bytes, checksum: f864ec51b52cd413053067c5f7305ea5 (MD5) Previous issue date: 2015-04-28 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / In this thesis, we have investigated optical and spin properties of semiconductor nanostructures. Photoluminescence and magneto-photoluminescence measurements were performed in high magnetic field (B ≤ 15T), in GaBiAs nanostructures and GaAs /AlGaAs semiconductor devices. Particularly, we have studied: (i) GaBiAs layers, (ii) GaBiAs/GaAs quantum wells (QW) (iii) standard GaAs / AlGaAs resonant tunneling diodes (RTDs) and (iv) GaAs / AlGaAs RTDs containing quantum rings of InAs in the QW. We have investigated the effect of carrier localization by defects on the optical and spin properties of GaBiAs layers and nanostructures. Our results evidence important effects of carrier location by defects which was associate by small values of magnetic shifts. This effect is probably due to the formation of clusters and by the Bi composition variation on this type of alloy. It was also observed that the thermal annealing treatment improves the optical quality of these systems and increases the polarization degree which was associated to the reduction of spin relaxation times. We have also investigated the optical properties, magneto-optical and of transport in double barrier semiconductor heterostructures. Particularly, we have investigated the optical and spin properties of two dimensional electron and hole gases and the quantum well (QW). It was observe optical emission in the QW associate to the criation of uncharged exciton and negative charge exciton. The two dimensional gases acts as a spin polarize carriers injection in the QW, increasing thus the spin polarization in this region. The experimental results indicated that this process is more efficient in low voltage region. For high voltages region other processes, such as formation of tríons and spin polarization loss during tunneling should result in a significant contribution to the spin and polarization. Furthermore, it was investigated the spin properties of double barrier diodes containing InAs quantum rings in the center of the QW. It was observe that the degree of circular polarization of the emission of the QRs strongly sensitive to the applied voltage shows oscillation and besides one possible polarization oscillations tendency with the increase of the magnetic field. / Nesta tese, investigamos as propriedades ópticas e de spin de nanoestruturas semicondutoras. Foram realizadas medidas de fotoluminescência e magnetofotoluminescência em altos campos magnéticos (B ≤ 15T), em nanoestruturas de GaBiAs e em dispositivos semicondutores GaAs /AlGaAs . Em particular estudamos: (i) filmes de GaBiAs , (ii) poços quânticos (QW) de GaBiAs/GaAs, (iii) e diodos de tunelamento ressonante (DTR) convencionais de GaAs/AlGaAs e (iv) DTR de GaAs/AlGaAs contendo anéis quânticos de InAs no centro do QW. Investigamos os efeitos da localização de portadores por defeitos nas propriedades ópticas e de spin de filmes e nanoestruturas de GaBiAs. Os resultados evidenciam efeitos importantes de localização de portadores por defeitos que foi associado a baixos valores do shift diamagnético. Este efeito é provavelmente devido à formação de clusters e a variação de composição de Bi nesses tipos de ligas. Observamos também que o tratamento térmico melhora a qualidade óptica destes sistemas e aumenta o grau de polarização que é associado a redução de tempo de relaxação de spin. Também investigamos propriedades ópticas, magneto-ópticas e transporte em heteroestruturas de dupla barreira. Particularmente, estudamos as propriedades ópticas e de spin dos gases bidimensionais de elétron e de buraco e o poço quântico (QW). Foram observadas emissões ópticas no QW associadas à formação de éxciton neutro e éxciton negativamente carregado. O gás bidimensional atua como um injetor de portadores spin polarizados no QW, aumentando assim o grau de polarização de spin nessa região. Os resultados experimentais obtidos indicaram que este processo é mais eficiente em regiões de baixas voltagens. Para regiões de altas voltagens outros processos, tais como formação de tríons e perda de polarização de spin durante o tunelamento devem resultar em uma contribuição importante na polarização e spin. Além disso, foram investigadas as propriedades de spin de diodos de dupla barreira contendo anéis quânticos de InAs no centro do QW. Foi observado que o grau de polarização circular da emissão dos QRs é bastante sensível a voltagem aplicada, apresentando oscilações e também uma possível tendência a oscilações da polarização com o aumento do campo magnético aplicado.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5844.pdf: 11430873 bytes, checksum: b80a5790a9ebf6ae63ff48e52968ae60 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / Universidade Federal de Sao Carlos / O crescimento e caracterização de sistemas de heteroestruturas semicondutoras quasi-unidimensionais têm atraído grande interesse devido à sua potencial de aplicação tecnológica, como foto-detectores, dispositivos opto-eletrônicos assim como seu para o processamento de informação quântica e aplicações em fotônica. O objetivo desta tese é o estudo das propriedades de transporte eletrônico e de spin em sistemas semicondutores quasi-unidimensionais, especificamente trataremos de nanofios (NWs) homogêneos, NWs acoplados, NWs do tipo plano-geminado (TP), diodos de tunelamento ressonante (ETD) e cadeias de pontos quânticos (QDCS). Escolhemos o método k-p, particularmente o Hamiltoniano de Luttinger, para descrever os efeitos de confinamento e tensão biaxial. Este sugeriu uma modulação do caráter do estado fundamental que, complementada com a dinâmica fônons fornecidas pelas simulações da Dinâmica Molecular (MD), permitiu a descrição da modulação da mobilidade de buracos por emissão ou absorção de fônons. Em relação ao sistema de NWs acoplado,estudamos, através do método da matriz de transferência (TMM), as propriedades de transporte de elétrons e spin sob a interação de spin-órbita (SOI) de Eashba, localizada na região de acoplamento entre fios. Foram consideradas várias configurações de tensões de gate (Vg) aplicadas nos fios. Desse modo, compreendemos a modulação do transporte de spin quando esse é projetado no direção-z através da combinação do SOI e das dimensionalidades do sistema. Da mesma forma, a combinação de SOI e da Vg aplicada deu origem a modulação da polarização, quando o spin medido é projetado na mesma direção em que o SOI de Eashba atua, a direção y. Usando o TMM, exploramos as propriedades de transporte de um DBS e o efeito de uma resistência em série com o intuito de provar a natureza da biestabilidade das curvas características I V bem como o aumento de sua área com temperatura, resultados fornecidos por experimentos. O modelo indicou que aumentando da resistência pela diminuição sa temperatura aumenta a área biestável. A presença de uma hetero-junção adicional ao sistema induz uma densidade de carga nas suas interfaces. De acordo com esta configuração, a queda de tensão total do ETDS muda, podendo ser confirmada experimentalmente. A formação dos peculiares campos de deformação e sua influência sobre a estrutura eletrônicas e propriedades de transporte em superredes de TP foi estudada sistematicamente. Assim, as propriedades de transporte, de ambos os elétrons e buracos, pode ser sintonizada eficientemente, mesmo no caso de elétrons r em sistemas de blenda de zinco, contrastando com a prevista transparência de elétrons r em superredes de semicondutores III-V heteroestruturados. Além disso, constatamos que a probabilidade de transmissão para buracos da banda de valência também poderia ser efetivamente modificada através de uma tensão externa.Por fim, colaboradores sintetizaram com sucesso sistemas de QDCs de InGaAs através da epitaxia de feixe molecular e engenharia de tensão. Um comportamento anisotrópico da condutância com a temperatura foi observado em QDCs com diferentes concentrações de dopagem, medida realizada ao longo e entre os QDCs. O modelo teórico 1D de hoppíng desenvolvido mostrou que a presença de estados OD modela a resposta anisotrópica da condutância neste sistemas. / The growth and characterization of semiconductor quasi-one-dimensional heterostructure systems have attracted increasing interest due to their potential technological application, like photo-detectors, optoelectronic devices and their promising features for quantum information processing and photonic applications. The goal of this thesis is the study of electronic and spin transport properties on quasi-one-dimensional semiconductor systems; specifically, homogenous nanowires (NWs), coupled NW s, twin-plane (TP) NWs, resonant tunneling diodes (RTDs), and quantum dot chains (QDCs). The k-p method, in particular the Luttinger Hamiltonian, was chosen to describe the effects of biaxial confinement and strain. This suggested a modulation of the ground state character that, complemented with the phonon dynamics provided by Molecular Dynamics (MD) simulations, allowed the description of the hole mobility modulation by either phonon emission or absorption. Regarding the coupled NW s system, the electron and spin transport properties affected by a Rashba spin-orbit interaction (SOI) at the joined region were unveiled through the Transfer Matrix Method (TMM). Various configurations of gate voltages (Vg), applied on the wire structure, were considered. We were able to understand the modulation of the spin transport projected in the z-direction trough the combination of the SOI and the system dimensionalities. Likewise, the combination of SOI and applied Vg gave rise to a modulation of the polarization, when the measured spin is projected in the same direction where the Rashba SOI acts, the y-direction. The transport properties of a DBS and the effect of a resistance in series was explored within the TMM to prove the nature of a bistability of the I V characteristics and its enhanced area with temperature provided by the experiment. The model indicates that increasing the resistente by decreasing the temperature, the bistable area enhances. The presence of an additional heterojunction induces a sheet charge at its interfaces. Under this configuration, the total voltage drop of the RTD changes and can be confirmed experimentally.The formation of the peculiar strain fields and their influence on the electronic structure and transport properties of a TP superlattice was systematically studied. Hence, the transport properties of both electrons and holes could be effectively tuned even in the case of T-electrons of zincblende systems, contrasting to the predicted transparency of T-electrons in heterolayered III-V semiconductor superlattices. Also, the transmission probability for holes at valence band could also be effectively modified by applying an external stress. Finally, using molecular-beam-epitaxy and skillful strain engineering, systems of In-GaAs QDCs were successfully synthesized by collaborators. The QDCs with different doping concentrations showed an anisotropic behavior of the conductance, measured along and across the QDCs, with temperature. The theoretical ID hopping model developed found that the presence of OD states shapes the anisotropic response of the conductance in this system.