Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Einzelelektronen-Tunneln durch selbstorganisierte Halbleiter-Quantenpunkte

Arbeitsgruppe 2.53

Ein zukünftiges Quanten-Stromnormal setzt voraus, dass der elektrische Transport einzelner Elektronen genauestens kontrollierbar ist. Ein möglicher Ansatz ist das Einzel-Ektronen-Tunneln über sehr kleine „Nanoinseln“, die auf Grund ihrer geringen Ausdehnung nur einen Zustand für das tunnelnde Elektron bereitstellen.

In diesem Projekt werden spezielle Nanoinseln aus Indiumarsenid, einem Verbindungshalbleiter, hergestellt und untersucht. Wir wachsen die so genannten Indiumarsenid Quantenpunkte in einer speziellen Anlage zur Kristall-Züchtung (Molekularstrahl-Epitaxie), wo sie schon während der Herstellung in geeignete Halbleiterstrukturen eingebettet werden.

Bisher wurden die Wachstumsbedingungen optimiert sowie Struktur und Eigenschaften dieser Quantenpunkte untersucht, wenn sie in Aluminiumarsenid, das eine elektronische Barriere bildet, eingebettet sind. An resonanten Tunneldioden mit einem Ensemble von Quantenpunkten wurden Strom-Spannungskennlinien gemessen, die deutliche Stufen zeigen, die dem resonanten Tunneln durch einzelne Quantenpunkte zugeschrieben werden können. Erste Experimente zum Tunneln durch zwei vertikal gestapelte Quantenpunkte zeigen interessante Effekte, die mit der Kopplung der beiden Nanoinseln zusammenhängen.

Um dem Ziel eines kontrollierten Tunnelstroms näher zu kommen, wird es zukünftig darum gehen, die resonanten Tunneldioden zu verkleinern, um so einzelne Quantenpunkte adressieren zu können und andererseits den Tunnelstrom mittels einer weiteren Gate-Elektrode zu takten.