Quantenbauelemente als aktive Sensoren zur Ladungsbestimmung in elektronischen Nanostrukturen

Abstract

Eine Methode, die Ladungsmenge auf einem Quantenpunkt (QD) zu messen, ist über die Kopplung des QDs an einen in der Nähe liegenden Quantenpunktkontakt (QPC). Die Potentialänderung am Ort des QPCs bei einer Ladungsänderung des QDs schlägt sich in einer messbaren Leitwertänderung des QPCs nieder. Meist verwendet man den QPC als passiven Sensor, d.h. gemessen wird direkt die Leitwertänderung. Dies schränkt den dynamischen Bereich des Sensors erheblich ein, da der Leitwert des Sensors früher oder später auf einem Leitwertplateau landet und damit seine Funktionalität verliert. In dieser Arbeit werden insbesondere aktive Ladungssensoren aus QPCs und QDs in GaAs-AlGaAs- Heterostrukturen untersucht. Um den Sensor auch bei großen Potentialänderungen nutzen zu können, wird die den Leitwert definierende Gatespannung nachgeregelt, so dass der Leitwert konstant bleibt. Die hierfür notwendige Spannungsänderung ist ein direktes Maß für die Ladung auf dem benachbarten QD: Eine Änderung der Ladung um eine Elementarladung führt zu einer Stufe in der notwendigen Sensorspannung. Für die akkurate Herstellung der Nanostrukturen mittels Elektronenstrahllithographie ist eine Korrektur des Proximity-Effekts zwingend erforderlich. Dieser stellt den wesentlichen Beitrag zur Auflösungsbegrenzung bei der Elektronenstrahllithographie dar. Ebenso ist es notwendig das zweidimensionale Elektronengas für Messungen niederohmig zu kontaktieren. In diesem Sinne sind weitere Themen dieser Arbeit die Strukturierung der ohmschen Kontakte zur besseren Kontaktierung und eine neue Methode zur Bestimmung der Punktspreizfunktion für die Korrektur des Proximity-Effekts.