ISBN 978-3-8439-0744-6

978-3-8439-0744-6, Reihe Physik

Matthias Schmidt
Thermoelektrische Eigenschaften zweidimensionaler Elektronengase in dünnen Halbleitermembranen

115 Seiten, Dissertation Universität Hamburg (2012), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden dünne Halbleiterheterostrukturen auf GaAs/AlGaAs und InGaAs Basis in Bezug auf ihre thermoelektrischen Eigenschaften untersucht. Besonderes Augenmerk liegt auf der Temperaturabhängigkeit sowohl der Nullfeld-Thermokraft sowie der Magnetothermokraft und des Nernst-Ettinghausen Koeffizienten in auf die Probe wirkenden homogenen oder homogen modulierten Magnetfeldern.

Die zugrunde liegenden Strukturen basieren auf mit Molekularstrahl-Epitaxie gewachsenen Halbleiterheterostrukturen. Daraus wurden dünne, von dem Substrat abgelöste Membranen mit Dicken von 320 nm hergestellt, die ein hoch bewegliches, zweidimensionales Elektronensystem (HEMT) in Hall-bar Geometrie mit einer Länge von 34 µm und einer Breite von 20 µm enthalten. Entlang der Membranen erzeugt Joule´sches Heizen des Kristallgitters einen Temperaturgradienten, der zu den Aufhängepunkten der Membranen gerichtet ist. Diese Punkte wirken als Wärmesenken und stehen in Kontakt zu einem kalten Reservoir.

Wir zeigen, dass die thermische Leitfähigkeit der Membranen gegenüber Volumenmaterial signifikant verringert ist. Daher ist es möglich, entlang dieser Membranen selbst starke Temperaturgradienten auf Distanzen von nur wenigen zehn Mikrometern zu erzeugen. Thermoelektrische Messungen an planaren Proben zeigen, dass der Phonon-drag in den abgelösten Hall-bar Strukturen bis zu Temperaturen von 7 K unterdrückt ist, viel höher als bisher in HEMTs auf Volumenmaterial beobachtet. Zudem deuten die Messungen darauf hin, dass sich durch die Präparation der HEMT Struktur als dünne Membrane der dominante Elektron-Phonon Kopplungsmechanismus von piezoelektrisch (dominant in GaAs Volumenmaterial) zu einer Kopplung über Deformationspotentiale verändert hat. Magnetothermokraftmessungen in dem Bereich der Thermodiffusion (T<7 K) sind in guter Übereinstimmung mit von uns genutzten theoretischen Modellen sowohl für den Bereich niedriger Magnetfelder als auch bei hohen Magnetfeldern im Quanten Hall Regime.

Erste Messungen an aufgerollten HEMT Strukturen zeigen magnetfeldabhängige Thermokraftoszillationen, deren Lage stark mit dem Rotationswinkel der HEMT Struktur relativ zum externen Magnetfeld verschiebt.