摘要

我們在低溫下砷化鎵與鋁砷化鎵異質結構的二維電子氣體系統中，研究外加不同直流偏壓下，由費米面與藍道能階相對位置不同所對應不同的態密度下的電子傳輸行為。

在費米面落在藍道能階不同相對位置所對應的態密度下，定磁場掃DC電流微分電阻量測。在費米面落在藍道能階的最大態密度處，且重合的藍道能階磁場範圍內觀察到對稱的山丘狀的特色，在分離藍道能階的磁場範圍內則觀察到了雙峰特色。部分結果可由理論公式預測。

固定DC電流掃磁場微分電阻量測中，觀察到微分電阻值的振盪周期並未改變，表示載子密度未隨著外加電流不同而改變。未觀察到微分電阻值的振盪形式改變，即未觀察到Zener tunneling的現象。

最後嘗試以費米面落在藍道能階不同相對位置的態密度對電阻值的貢獻為概念，以外加偏壓導致藍道能階傾斜對電子傳輸行為的影響的物理模型，定性的解釋在低的偶數filling factor位置的微分電阻值變化，且預測越低的filling factor需要外加越大的直流電流才會觀察到微分電阻值開始變化。也以態密度對電阻值貢獻的概念，指出費米面落在藍道能階的高態密度處所對應的磁場位置下的微分電阻值隨外加電流的變化。在定性解釋的結果上有部分吻合，但仍不能完全解釋。而定量上的分析，有待進一步的架構精確的物理模型。

目錄

一、 序論……………………………………………………………………………1
1.1研究背景…………………………………………………………………..1
1.2研究動機…………………………………………………………………..1
二、 理論……………………………………………………………………………2
2.1二維電子氣體系統………………………………………………………..2
2.2藍道能階的形成…………………………………………………………..4
2.3從態密度看藍道能階的形成……………………………………………..6
2.4 Shubnikov-de Haas (SdH) 振盪…………………………………………..7
2.5整數量子霍爾效應………………………………………………………..9
2.6樣品參數………………………………………………………………….11
三、量測技術與相關原理介紹……………………………………………………...13
3.1 微分電阻……………………………………………………………….....13
3.2 鎖相放大器原理…………………………………………………………..15
3.3 量測微分電阻的電路設計………………………………………………..16
3.4計算交流電流以及元件的選用…………………………………………...18
四、實驗架設與量測方法…………………………………………………………….23
4.1 低溫系統簡介……………………………………………………………..23
4.2 量測儀器介紹……………………………………………………………..25
4.2.1 鎖相放大器……………………………………………………………..25
4.2.2 放大器 (SR560 與 自製放大器)………………………………………26
4.3 實驗用樣品介紹…………………………………………………………..27
4.3.1 晶元結構圖……………………………………………………………...27
4.3.2 樣品製作過程…………………………………………………………...28
4.3.3 樣品參數………………………………………………………………...29
4.4. 磁阻量測架設……………………………………………………………29
4.5 微分電阻量測架設……………………………………………………….30
五、實驗量測結果與討論……………………………………………………………31
5.1 SdH oscillations……………………………………………………………31
5.2定磁場掃電流微分電阻量測……………………………………………..32
5.3定電流掃磁場微分電阻量測……………………………………………..34
5.4文獻比較與討論…………………………………………………………..36
5.4.1 定磁場掃電流微分電阻量測的相關文獻……………………………..36
5.4.2 定電流掃磁場微分電阻量測的相關文獻……………………………..39
5.5 定性的解釋……………………………………………………………….41
5.6 定量的分析與討論……………………………………………………….46
5.7 二號樣品的變溫下量測微分電阻值實驗……………………………….46
六、結論………………………………………………………………………………51
參考文獻………………………………………………………………………53

文獻

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