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研究生:李永慶
論文名稱:摻雜矽的砷化鋁鎵/砷化鎵異質結構大電流量子霍爾效應之研究
論文名稱(外文):The study of Quantum Hall effect with doped Si in a AlGaAs/GaAs structure at increased measurement current
指導教授:林立弘林立弘引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立嘉義大學
系所名稱:電子物理學系光電暨固態電子研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:100
語文別:中文
中文關鍵詞:大電流量子霍爾效應
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隨著科技的進步,我國半導體工業發達,III-V化合物的材料使用也日漸增加,其中最令人感興趣的材料之一是砷化鎵/砷化鋁鎵的異質結構材料,它可運用在太陽能電池,紅外線發光二極體,及微波積體電路等。本篇論文在探討以砷化鎵為基板磊晶砷化鎵及砷化鋁鎵, 部份砷化鋁鎵摻雜Si所形成的二維電子系統在低溫下外加磁場的電性量測研究。
論文內容概要如下︰
為了要觀察量子現象,我們使用Dingle等人的調變式摻雜 (modulation doping) 方法,運用此觀念我們使用分子束磊晶(MBE)成長砷化鎵/砷化鋁鎵異質結構的樣品,成長過程摻雜了矽 使界面附近形成三角位能井將電子侷限在二維空間。此外我們遵循Drude模型推算電子在磁場與電場中的運動情形,實驗外加磁場掃描範圍從-10 ~ 10 T, 通過樣品的電流變化從1 ~ 40 微安培,利用不同的電流去量測磁電阻。由Shubnikov-de Haas振盪現象的振幅,可以推得載子有效質量。由磁電阻的數據可知,即使當電流增加到40 微安培,我們仍可以看到明顯的量子霍爾效應現象,足以應用在作為電阻標準之參考。
根據以上關於量測在砷化鎵(100)基板上砷化鎵/砷化鋁鎵異質結構的低溫磁電子傳輸特性,能提供建立電性量測標準的可能性,以及對其導電機制更進一步的了解。

目錄
第一章 緒論
1-1 二維電子系統 1-1
1-2 砷化鎵/砷化鋁鎵二維電子系統 1-2
1-3 動機  標準電阻 1-4
參考資料 1-6
第二章 理論背景
2-1 狀態密度 2-1
2-2 古典Drude模型 2-3
2-3 古典霍爾效應 2-6
2-4 藍道能階 2-8
2-5 Shubnikov-de Hass 振盪 2-11
2-6 整數量子霍爾效應 2-13
2-7 填充因子 2-16
2-8 雙熱庫模型 2-17
2-9 Current scaling 2-19
2-10 有效質量 2-24
參考資料 2-27
第三章 實驗介紹
3-1 GaAs與AlxGa1-xAs簡介 3-1
3-2 樣品介紹 3-3
3-3 微影介紹 3-4
3-3-1 紫外線微影 3-4
3-3-1 電子束微影 3-6
3-4 歐姆接觸 3-11
3-5 Hall Bar 3-12
3-6 實驗環境 3-13
參考資料 3-13
第四章 實驗結果
4-1 樣品量測 4-1
4-2 有效質量 4-3
參考資料 4-5
第五章 結論 5-1

第一章
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[5] 羅司憲,”二維砷化鎵電子系統中半古典傳輸與激發活化導電特性之研究”,中山大學材料科學研究所,2007年七月
[6] R. Dingle, H. L. Stormer, A. C. Gossard, and W. Wiegmann, Appl. Phys. Lett. 33
[7] B. D. Josephson, Nobel lecture, December 12, 1973
[8] K. von Klitzing, G Dorda, and M. Pepper, Phys. Rev. Lett. 45, 494 (1980)

第二章
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[2] 李郁儒,”砷化鋁鎵/砷化鎵二維電子系統之熱電子與電子-聲子散射研究”,國立台灣大學理學院物理所,2008年六月
[3] John H. Davies, “The Physic of Low-Dimensional Semiconductors”, 2000
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[6] E. H. Hall, “On a New Action of the Magnet on Electric Currents,” American Journal of Mathematics, Vol. 2, 1879, pp. 287-292
[7 Jian-Zhe Huang, Master Thesis, National Taiwan University (2007)
[8] 陳奎銘,”在低溫下氮化鎵/氮化鋁鎵異質結構磁電阻震盪之熱電子現象與有效電子溫度”,嘉義大學光電暨固態電子研究所,2007年七月
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[13] R. J. Zhuang, Master Thesis, National Taiwan University (2002)
[14] K. von Klitzing, G Dorda, and M. Pepper, Phys. Rev. Lett. 45, 494 (1980)
[15] 羅司憲,”二維砷化鎵電子系統中半古典傳輸與激發活化導電特性之研究”,中山大學材料科學研究所,2007年七月
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[21] P. T. Coleridge, Z. W. Wasilewski, P. Zawadzki, A. S. Sachrajda, and H. A. Carmona*, Phys Rev B 52, 11603

第三章
[1] 黃柄熏,”應變與溫度效應對矽與砷化鎵能帶結構的影響”,成功大學機械工程學系,2005年六月
[2] Gil-Ho Kim, Ph.D. Thesis, Cambridge University (1998)

第四章
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