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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-32054
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2007/3205/


Magneto-Transportuntersuchungen an gekrümmten zweidimensionalen Elektronengasen in InGaAs-Mikroröllchen

Magneto-transport studies on curved two-dimensional electron gases in InGaAs-microscrolls

Schumacher, Olrik

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Freie Schlagwörter (Deutsch): gekrümmte 2DES , Mikroröllchen, InGaAs-Röllchen , gekrümmte Hallstreifen
Freie Schlagwörter (Englisch): Curved 2-DES , scrolls , curved Hall bars , InGaAs-tubes
Basisklassifikation: 33.61 , 33.72
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Hansen, Wolfgang (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 23.01.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 26.02.2007
Kurzfassung auf Deutsch: In dieser Arbeit werden Magnetotransportexperimente an gleichmäßig gekrümmten zweidimensionalen Elektronensystemen in Zylindergeometrie vorgestellt und diskutiert. 1998 wurde von Prinz und Mitarbeitern erstmals die Möglichkeit vorgestellt, Verspannungen in dünnen Halbleiterschichten auszunutzen, um diese aufzurollen. Die Radien dieser Halbleiterröllchen können dabei in einem großen Bereich, beginnend bei wenigen Nanometern bis hin zu einigen Mikrometern, gezielt eingestellt werden. In dieser Arbeit werden lithographische Methoden vorgestellt, um Ort und Form der Halbleiterröllchen auf dem Substrat zu definieren. Darüber hinaus wer-
den von uns entwickelte Strukturen gezeigt, welche nach dem Aufrollen ein zweidimensionales Elektronensystem in der Röllchenwand besitzen. Mit einer speziellen Lithographiemethode werden diese Elektronensysteme in Hallstreifengeometrie präpariert, mit Metallen kontaktiert und schließlich aufgerollt. Das Ergebnis ist ein zweidimensionales Elektronensystem in Zylindergeometrie, welches eine Modulation der senkrechten Magnetfeldkomponente erfährt. Die Ausrichtung der Hallstreifen
bezüglich der Röllchenkrümmung und damit der Magnetfeldmodulation kann beliebig eingestellt werden. Die Krümmungsradien unserer Systeme betragen etwa 10 ?m, die Beweglichkeit der Ladungsträger konnte auf Werte bis zu 125.000 cm2 /Vs gesteigert werden.
In dieser Arbeit werden Messungen in zwei unterschiedlichen Orientierungen des Hallstreifens bezüglich der Röllchenkrümmung vorgestellt. Hallstreifen entlang der Krümmung zeigen Signaturen im Längswiderstand, die mit Hilfe des Landauer-Büttiker-Formalismus und dem Modell der magnetischen Barriere verstanden werden können. Durch Magnetotransportexperimente an Hallstreifen entlang der Röllchenachse wurde festgestellt, dass die Minimapositionen der Shubnikov-de Haas-Oszillationen ebenso wie die Steigung des Hallwiderstands durch das über die Breite
des Hallstreifens gemittelte senkrechte Magnetfeld definiert werden. Darüber hinaus werden Messungen an gekrümmten van der Pauw-Lamellen vorgestellt. Der Magnetowiderstand zeigt einen Verlauf, der auf hochbewegliche leitfähige Zustände an den Nullstellen der Magnetfeldmodulation hinweist.
Neben den Magnetotransportexperimenten beschäftigt sich diese Arbeit auch mit neuartigen hier erstmals entwickelten Metall-Halbleiter-Hybridsystemen. Es konnten hier Röllchen mit einem Radius von etwa 300 nm präpariert werden. Diese Hybridsysteme sind aussichtsreiche Kandidaten zur Herstellung neuartiger nano- und mikroelektromechanischen Systeme. Als Anwendung kommen beispielsweise bewegliche Gelenke oder Spulen in Betracht.
Kurzfassung auf Englisch: In this thesis magneto-resistance studies on evenly curved two-dimensional electron systems in cylindric geometry will be presented and discussed.
A principle first introduced by Prinz and co-workers in 1998 enables us to roll up thin semiconductor layer systems by taking advantage of internal elastic strain. The radius of such a semiconductor tube can be adjusted ranging from a few nanometers up to several micrometers. The tubes’ shape and place on the substrate can be defined by lithographic methods which will be presented in this work. Furthermore, we will show rolled-up structures containing a two-dimensional electron system in the tube wall. With a special lithographic procedure we are able to structure, to contact and to roll up these 2D-electron-gases in Hall geometry. As a result, a cylindric two-dimensional electron system is produced, which experiences a modulation of the perpendicular magnetic field component. The radius of curvature of our structures is about 10 ?m, the carrier mobility is optimized to values up to 125.000 cm2 /Vs.
In transport experiments on curved Hall bars containing two dimensional electron systems two Hall bar orientations, with respect to the curvature, may be distinguished. In this work both orientations, i.e. with a Hall bar along the tube curvature as well as a Hall bar along the tube axis, will be presented and discussed. Measurements on Hall bars along the curvature show signatures in the longitudinal resistance, which can be understood with the help of the Landauer-Büttiker-formalism and the model of magnetic barriers. For Hall bars oriented along the tube axis the perpendicular magnetic field component averaged over the width of the bar defines the minimum position of the Shubnikov-de Haas-oscillations as well as the slope of the Hall resistance. Furthermore, measurements on so-called van the Pauw-lamellas will be presented. In this geometry the magneto-resistance shows a slope which refers to highly mobile conditions at the zero crossing of the magnetic field modulation. Besides the magneto-resistance studies in this work novel metal-semiconductor- hybrid-systems have been developed with a minimum radius of approximately 300 nm. These hybrid-systems are promising candidates for the application in novel nano- and micro-electromechanical systems, such as moveable hinges or coils.

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