Use este identificador para citar o ir al link de este elemento:
http://hdl.handle.net/1843/JCBV-8PBLYM| Tipo: | Tese de Doutorado |
| Título: | A study on the physical properties of quantum dot structures for infrared photodetection |
| Autor(es): | Deborah Reis Alvarenga |
| primer Tutor: | Paulo Sérgio Soares Guimarães |
| primer Co-tutor: | Patricia Lustoza de Souza |
| primer miembro del tribunal : | Franklin Massami Matinaga |
| Segundo miembro del tribunal: | Jose Francisco de Sampaio |
| Tercer miembro del tribunal: | Wagner Nunes Rodrigues |
| Cuarto miembro del tribunal: | Alain Andre Quivy |
| Quinto miembro del tribunal: | Maria Jose Santos Pompeu Brasil |
| Resumen: | Esta tese faz parte de uma proposta mais ampla cujo objetivo global e dominar a tecnologia de fotodetectores de radiacao infravermelha baseados em pontos quanticos semicondutores auto-organizados, os Quantum Dot Infrared Photodetectors (QDIPs), para a faixa de comprimento de onda de 2 a 20 Êm. A tese esta centrada no estudo das propriedades fisicas de pontos quanticos e de estruturas de QDIPs, em especial os mecanismos de transicao intrabanda e de extracao de carga envolvidos no processo de geracao da fotocorrente. Foram estudadas estruturas inovadoras e originais baseadas em pontos quanticos auto organizados de InAs crescidos sobre substratos de InP. Para obter os principais resultados apresentados nesta tese foram feitas medidas de fotocorrente em funcao da temperatura e tensao externa aplicada, utilizando um espectrometro de transformada de Fourier. As tecnicas experimentais de fotoluminescencia, microscopiade forca atomica, microscopia eletronica de transmissao e curvas de corrente versus voltagem tambem foram utilizadas para obter uma melhor compreensao dos mecanismos fisicos envolvidos. Para explicar os resultados e atribuir cada pico de fotocorrente a uma transicao especifica utilizamos um modelo teorico tridimensional. Os resultados que se destacam e sao apresentados nessa tese sao: i. O efeito Auger intrabanda e apontado como um possivel processo importante para gerar a corrente nos QDIPs. Medidas de fotocorrente intrabanda e de absorcao, juntamente com um calculo teorico tridimensional,mostram que a transicao responsavel por gerar a fotocorrente medida em uma estrutura QDIP especifica estudada ocorre entre estados ligados do ponto quantico onde o estado final da transicao esta 200 meV abaixo do continuo. O espalhamento Auger e proposto como o mecanismo responsavel pela extracao de carga do ponto quantico, e portanto pela fotocorrente gerada, nesses dispositivos. Resultados de fotoluminescencia e fotocorrente interbanda fornecem apoio adicional para esta conclusao. ii. Diferentes estruturas nas vizinhancas do ponto quantico influenciam no sentido da corrente, pois os mecanismos de extracao dos eletrons dependem da estrutura como um todo. Os dispositivos aqui estudados apresentam fotocorrente com sentido positivo e negativo para a mesma tensao externa aplicada. Este duplo comportamento e atribuido a assimetria presente nessas estruturas, capaz de favorecer a extracao de eletrons em um dos dois sentidos possiveis para a corrente. Esse processo foi observado apenas para pequenos valores de tensao externa aplicada. Para valores altos de tensao, os eletrons se propagam no mesmo sentido do campo eletrico aplicado, assim como esperado. iii. Apresentamos um QDIP altamente seletivo com resposta espectral em torno de 12 Êm. A estrutura estudada e composta por pocos de InGaAs e pontos quanticos de InAs. A transicao responsavel pela fotocorrente observada ocorre entre estados ligados do ponto quantico, seguida por um mecanismo de extracao de carga onde o acoplamento do estado final da transicao com o poco de potencial vizinho ao ponto quantico tem um papel fundamental. |
| Abstract: | This thesis is part of a project where the overall goal is to master the technology of infrared photodetectors based on self-organized semiconductor quantum dots, the Quantum Dot Infrared Photodetectors (QDIPs) for the wavelength range from 2 to 20 ìm. The thesis focuses on the physical properties of quantum dots and QDIPs structures, especially on the intraband transitions and extraction mechanisms involvedin the photocurrent generation. We studied original and innovative structures based on self-organized InAs quantum dots grown on InP substrates. The main results presented in this thesis are based on photocurrent measurements as a function of temperature andexternal applied bias voltages, using a Fourier Transform Infrared spectrometer. The experimental techniques of photoluminescence, atomic force microscopy, transmission electron microscopy and current-voltage curves were also performed to achieve a betterunderstanding of the physical mechanisms involved. To explain the results and assign each photocurrent peak to a particular transition, fully three dimensional theoretical calculations were done. The main results presented in this thesis are: i- It is shown that the intraband Auger effect can be an important process for the photocurrent generation in QDIPs. Intraband photocurrent and absorption measurements, together with a full three-dimensional theoretical modeling revealed that a bound-to-bound optical transition, where the final state is about 200 meV deep below the conduction band continuum, is responsible for the photogenerated current in the particular QDIP structure investigated. Photoluminescence and interband photocurrent spectra further support this conclusion. ii- We studied the influence of different structures in theneighborhood of the quantum dot on the photocurrent response of quantum dot infrared photodetectors. We measured a photocurrent with positive and a negative sign for the same external electric field in some QDIP structures. The dual sign photocurrent signal is attributed to asymmetries on the structures which can privilege the extraction of the carriers from the dots for one of the two possible senses of the current. This process is seen for small external applied bias voltages or when no bias is applied. For high external fields the photoexcited electrons go in the same sense of the applied field, as expected. iii- We present a very highly selective QDIP, which combines InAs quantum dots and InGaAs wells, operating at 12 ìm. The transition responsible for the exceptionally narrow photocurrent is attributed to photon absorption between quantum dot bound states, followed by a carrier extraction mechanism where the coupling of the final state of the transition to the adjacent quantum well is highlighted |
| Asunto: | Física |
| Idioma: | Português |
| Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Sigla da Institución: | UFMG |
| Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/JCBV-8PBLYM |
| Fecha del documento: | 12-jul-2011 |
| Aparece en las colecciones: | Teses de Doutorado |
archivos asociados a este elemento:
| archivo | Descripción | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| d_borah_reis.tese.pdf | 6.46 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Los elementos en el repositorio están protegidos por copyright, con todos los derechos reservados, salvo cuando es indicado lo contrario.