Dissertation Christian Wimmer

Titel: Untersuchung des filamentären Stromflusses in n-GaAs unter Magnetfeldeinfluž mit dem Laser-Raster-Mikroskop.

Betreuer: Prof. Dr. W. Prettl

Abgabe: 17.01.1997

Kolloquium: 28.02.1997

Inhalt:

In dieser Arbeit wird die Dynamik von hochreinen epitaktischen n-GaAs Schichten bei tiefen Temperaturen untersucht. Zur Abbildung des inhomogenen Stromflusses dient ein Laserrastermikroskop. Damit ist es zum ersten Mal gelungen, im Bereich von Hysteresen, die in der Kennlinie im Nachdurchbruchsbereich auftreten können, gezielt den Stromverlauf zu rekonstruieren.
Dabei zeigte sich, daž die auftretenden Hysteresen durch unterschiedliche Mechanismen zustandekommen können. Bei der einen Probe waren es Kratzer auf der Probenoberfläche, die vermutlich tief genug sind, um die epitaktische Schicht zu durchdringen. Bei einer anderen Probe waren es Inhomogenitäten in der Probenoberfläche. Die defekten Kontakte einer weiteren Probe führten bei gleichem Strom zu unterschiedlichen Konfigurationen des Stromflusses.
Eine Hysterese konnte jedoch bei allen Proben im Magnetfeld knapp oberhalb des Durchbruchs in der Kennlinie gefunden werden. Diese kommt dadurch zustande, daždas Filament im Magnetfeld in Richtung der Lorentzkraft ausgelenkt wird und so ab einer bestimmten Magnetfeldstärke in die Nähe von unbeschalteten Probenkontakten kommt. Dabei springt es in eine neue Konfiguration, in der es über diesen unbeschalteten Kontakt verläuft.
So wie dieses hochleitende Gebiet des unbeschalteten Kontaktes wirkt auch eine kurzzeitige Bestrahlung knapp außerhalb des verbogenen Filamentes. Durch die Interbandanregung werden Elektron-Loch-Paare erzeugt, die jedoch nicht sofort wieder rekombinieren, sondern lokal die Leitfähigkeit langanhaltend erhöhen. Dieser Effekt wird in der Literatur als persistent photoconductivity bezeichnet. Kommt das Filament in Berührung mit diesem Gebiet, macht es einen seitlichen Versatz, ähnlich wie zu dem unbeschalteten Kontakt. Im Gegensatz dazu löst es sich aber nach einer gewissen Zeit wieder von diesem, da das hochleitende Gebiet unter erhöhtem Stromflužverschwindet. Dieser Effekt wurde auch zum ersten Mal beobachtet.
Unter Magnetfeldeinflužkann das zu regulären Spannungsoszillationen führen, da die Elektronen des hochleitenden Gebiets bei Berührung mit dem Filament eine Geschwindigkeit in Richtung des Stromflusses bekommen und so auf sie die Lorentzkraft wirkt. Bei geeigneter Magnetfeldrichtung bewegen sich die Elektronen vom Filament weg und unterbrechen somit den Kontakt. Dadurch kommen die Elektronen im Gebiet wieder zum Stillstand und der Ablauf beginnt von vorne.