臺灣博碩士論文加值系統

我們在調變參雜GaAs/AlGaAs異質結構的二維電子系統上製作了寬度分別為50 μm、1 μm、5 μm的窄通道，在高頻微波照射下，產生一交流電場Eac作用於元件上，測量接點間的感應光電壓( VP )及光電流( IP )。在本實驗中，我們觀察不同寬度的窄通道在溫度1.4 K和4 K，及不同的磁場下，改變頻率( 500 MHz ~ 15 GHz )及微波強度( -39 ~ 10 dBm )，比較感應光電壓及光電流傳輸特性。在磁場B = 0 T下，隨著微波強度增強( -19 ~ 10 dBm )觀察到感應光電壓及光電流以非線性方式增減的現象，且在不同位置的微波天線下都有此現象。在較微弱的微波強度( -27 dBm )以下，與理論IP正比於Eac2相符合，並且在 ±3 ( Tesla )下分析反對稱與對稱性的現象，可以看出對稱性現象是由磁場的改變所造成的電阻變化為主要因素，而影響反對稱性現象則更為複雜。

In this work, we investigate microwave-induced current and voltage of mesoscopic two-dimensional electron systems embedded in the GaAs/AlGaAs heterostructure under various magnetic fields (B). The width of the mesoscopic channels are 50 μm、1 μm、5 μm. The frequency (f) range of the microwave is 500 MHz ~ 15 GHz with power –39 dBm ~10dBm. In the high power range (> -19 dBm), the behavior of the photocurrent (IP) and the photovoltage (VP) are very nonlinear at B = 0. However, we find that IP is proportional to the square of the ac electric field (Eac) in the low amplitude range (< -27 dBm). We also find that VP and IP have maximum at f = 4 GHz. By analyzing the magnetic-field-dependent data between -3 and 3 T, we can conclude that the field-symmetric part of the photocurrent is due to the variation of resistance caused by the change of the magnetic field.

目錄
前言1
第一章 緒論4
1.1 簡介及研究動機 4
1.2簡介二維電子系統及調變參雜5
1.3 Shubnikov-de Hass震盪6
第二章 樣品的結構與製程7
2.1 樣品介紹7
2.2 元件的結構與製作9
2.3 樣品封裝及測試 19
第三章 實驗量測系統與儀器架設21
3.1 低溫系統21
3.2 實驗架設的儀器配置與實驗方法24
第四章 實驗數據分析與討論27
4.1 數據處理27
4.2 實驗結果與討論 27
4.3 計算與分析53
4.4 結論61
附錄62
參考資料66

圖表索引
圖2.1 樣品LM4117的磊晶結構圖(交大李建平教授實驗室提供)8
圖2.2.1 第一道黃光製程光罩設計圖14
圖2.2.2 第一道歐姆接點蒸鍍金屬的順序14
圖2.2.3 第一道歐姆接點製作好的樣品圖14
圖2.2.4第二道平台蝕刻的光罩圖片15
圖2.2.5 第二道平台蝕刻製程完成的圖形，包含第一道歐姆接點15
圖2.2.6 窄通道設計圖(5μm)15
圖2.2.7 窄通道設計圖(2μm)16
圖2.2.8 窄通道設計圖(1μm)16
圖2.2.9 50μm未作結構之SEM圖16
圖2.2.10 窄通道最小間距5μm之SEM圖17
圖2.2.11 窄通道最小間距2μm之SEM圖17
圖2.2.12 窄通道最小間距1μm之SEM圖17
圖2.2.13 (a)窄通道間距5μm之FIB圖。(b)窄通道間距5μm近拍。18
圖2.2.14 (a)窄通道間距2μm之FIB圖。(b)窄通道間距2μm近拍。18
圖2.2.15 (a)窄通道間距1μm之FIB圖。(b)窄通道間距1μm近拍。18
圖2.3.1 打線及接線配置圖19
圖2.3.2 樣品封裝焊於probe底座之接腳圖20
圖2.3.3 probe底座之antenna A、antenna B的示意圖20
圖3.1 (a)probe初步管身、接頭、樣品座雛型。 (b)probe接頭部份。22
圖3.2 probe樣品座設計圖23
圖3.3 樣品固定在probe樣品座23
圖3.2.1 photocurrent量測系統配置簡圖26
圖3.2.2 photovoltage量測系統配置簡圖26
圖4.1 室溫及低溫下的I-V圖31
圖4.2 (a)在相鄰邊contact下微波強度VMW對應光電流在不同頻率下的比較圖32
圖4.2 (b)在相鄰邊contact下微波強度VMW對應光電壓在不同頻率下的比較圖33
圖4.2 (c)在斜對角contact下微波強度VMW對應光電流在不同頻率下的比較圖34
圖4.2 (d)在斜對角contact下微波強度VMW對應光電壓在不同頻率下的比較圖35
圖4.3 (a)在頻率為4.65GHz下不同磁場的微波強度VMW對應光電流大小之比較圖36
圖4.3 (b) 頻率為4.65GHz下不同磁場的微波強度VMW對應光電壓大小之比較圖37
圖4.4 (a)在1μm窄通道下比對不同天線在頻率為4GHz的光電壓及光電流對應微波強度VMW圖38
圖4.4 (b) 在5μm窄通道下比對不同天線在頻率為4GHz的光電壓及光電流對應微波強度VMW圖39
圖4.5 在不同寬度的通道結構下電阻對應微波強度VMW圖(a)對角線contact (b)相鄰contact40
圖4.5 (c)通道結構為1μm和5μm下電阻對應微波強度VMW圖41
圖4.6 (a)在相鄰邊contact下溫度為1.4K和4K的光電流對應微波強度VMW圖42
圖4.6 (b)在相鄰邊contact下溫度為1.4K和4K的光電壓對應微波強度VMW圖43
圖4.6 (c) 在對角線contact下溫度為1.4K和4K的光電流對應微波強度VMW圖44
圖4.6 (d) 在對角線contact下溫度為1.4K和4K的光電壓對應微波強度VMW圖45
圖4.7 (a) 在相鄰contact，channel大小為1μm，比較B=-0.03、0、0.03(Tesla)在各種頻率之下的光電流對應微波強度VMW圖46
圖4.7 (b) 在相鄰contact，channel大小為5μm，比較B=-0.03、0、0.03(Tesla)在各種頻率之下的光電流對應微波強度VMW圖47
圖4.7 (c) 在對角線contact，channel大小為1μm，比較B=-0.03、0、0.03(Tesla)在各種頻率之下的光電流對應微波強度VMW圖48
圖4.7 (d) 在對角線contact，channel大小為5μm，比較B=-0.03、0、0.03(Tesla)在各種頻率之下的光電流對應微波強度VMW圖49
圖4.8 (a) 在相鄰conntact，不同頻率下，感應光電流對應(-39~-10dBm)微波強度VMW比較圖50
圖4.8 (b) 在對角線conntact，不同頻率下，感應光電流對應(-39~-10dBm)微波強度VMW比較圖51
圖4.9在不同頻率下磁場與光電流關係圖52
圖4.10 相鄰contact下IP對應VMW之斜率圖55
圖4.11 對角線contact下IP對應VMW之斜率圖56
圖4.12 相鄰contact下b值對應頻率f圖57
圖4.13 對角線contact下b值對應頻率f圖57
圖4.14 對角線contact下對稱與反對稱關係圖59
圖4.15 相鄰contact下對稱與反對稱關係圖60

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