Estruturas de barreira dupla de PbTe/PbEuTe ... - mtc-m17:80 - Inpe

RESUMOEste trabalho apresenta o crescimento por epitaxia de feixe molecular de estruturas debarreira dupla (BD) de PbTe/Pb 1-x Eu x Te e o processamento do dispositivo, visando àmedida de tunelamento ressonante. As amostras foram crescidas sobre substratos deBaF 2 (111) à temperatura de 300°C. Medidas de resistividade e efeito Hall foramrealizadas em filmes de referência para determinação das propriedades elétricasadequadas para cada camada da BD. As camadas de PbTe com concentração de elétronsn ~ 10 17 cm -3 , para os espaçadores e o poço, foram controladas pelo desvioestequiométrico ajustando-se o fluxo adicional de Te. A maior mobilidade Hall a 77 Kde 1,5x10 4 cm 2 /Vs foi obtida bem próxima à região de transição n para p, que ocorreuabruptamente para a razão entre os fluxos de Te e PbTe próxima a 0,02. Para se obtercamadas com maiores concentrações de elétrons, um estudo sobre a dopagem do PbTecom Bi foi realizado. Filmes de PbTe com valores de n entre 1x10 17 e 4x10 19 cm -3foram obtidos aumentando-se o fluxo da célula de Bi 2 Te 3 . Medidas de resistividade eefeito Hall foram realizadas nestes filmes em temperaturas entre 10 e 320 K. Osresultados indicam que os átomos de Bi foram efetivamente incorporados ao PbTe comodoadores ativos. Não foi observada ativação termal nesses níveis de dopagens,indicando que o Bi acrescentou níveis ressonantes com a banda de condução. As curvasde mobilidade mostram que as camadas de PbTe tendem ao comportamento metálicocom o aumento da concentração de elétrons. Valores de n em torno de 10 19 cm -3 sãosugeridos como os mais adequados para as camadas de contato em dispositivos. Nocrescimento dos filmes referência da barreira de Pb 1-x Eu x Te, a razão de 2,2 entre o fluxode Te sobre o de Eu foi considerada como a mais adequada. Pelos espectros portransformada de Fourier no infravermelho obteve-se uma concentração de európiox = 0,050, partindo-se de uma relação entre os fluxos de Eu e PbTe que previa umaconcentração nominal de x = 0,044. Assumindo 50% de descasamento entre as bandasde valência e condução, uma altura de barreira de 150 meV é encontrada na interfacePbTe/Pb 0.95 Eu 0.05 Te. Um conjunto de amostras de BD de PbTe/Pb 0.95 Eu 0.05 Te foicrescido com espessuras nominais, estimadas pela taxa de crescimento, de 12 nm paraos espaçadores, de 5 nm para o poço, entre 2,5 e 100 nm para as barreiras e de 36 nmpara as camadas de cobertura. Para se obter os parâmetros estruturais, espectros dedifração de raios X de alta resolução foram medidos em torno do pico de Bragg (222).Através do melhor ajuste entre os espectros calculados pelas equações de Takagi-Taupin aos medidos, a espessura individual das camadas constituintes das estruturas deBD foi determinada com precisão. Obteve-se uma boa correlação entre as espessurasnominais e as determinadas por raios X, exceto para espessuras menores que 10 nm,onde uma discrepância de até 40% foi observada. A análise por raios X revelou queinterfaces abruptas foram obtidas no crescimento MBE e que as barreiras dePb 0,95 Eu 0,05 Te ficam completamente tencionadas às camadas de PbTe, dentro dasestruturas, para espessuras de até 100 nm. As curvas IxV dos dispositivos de BD emestrutura mesa apresentam comportamento ôhmico, confirmando a eficiência dadopagem de Bi das camadas de contato. A corrente de fuga superficial pelas bordas damesa foi considerada a principal causa para a não detecção de efeitos de tunelamentoressonante em duplas barreiras de PbTe/PbEuTe.