Особенности электропроводимости квантовых проволок, связанные с электростатической ионизацией $D^{(-)}$-состояний

Актуальность и цели. Развитие полупроводниковой наноэлектроники обусловлено созданием новых приборов на основе низкоразмерных структур с заданными электронными спектрами - квантовых точек, квантовых ям, квантовых проволок (КП), квантовых цилиндров сверхрешеток и т.д. Особенностью данных структур является возможность управления их транспортными и оптическими свойствами во внешних полях. Кроме того, оптические и электрические свойства полупроводниковых низкоразмерных структур в значительной степени определяются наличием в них примесей. На сегодня особенно актуальной задачей наноэлектроники является исследование влияния сильных внешних полей на транспортные свойства полупроводниковых низкоразмерных систем с примесными центрами, так как, например, влияние сильного электрического поля может привести к ионизации примесей и, следовательно, к изменению концентрации свободных носителей зарядов в зоне проводимости. Целью данной работы является теоретическое исследование влияния внешнего электрического поля на энергию связи квазистационарных примесных состояний в КП в условиях термоэлектрической ионизации примеси, а также оценка плотности тока в КП в продольном по отношению к ее оси электрическом поле. Материалы и методы. Кривые зависимости средней энергии связи примесного состояния, средней энергии основного состояния электрона и плотности тока от напряженности электрического поля построены для случая $D^{(-)}$-центра в InSb КП. Короткодействующий потенциал $D^{(-)}$-центра моделировался потенциалом нулевого радиуса. Дисперсионное уравнение для $D^{(-)}$-состояния электрона в КП при наличии продольного электрического поля получено в приближении эффективной массы. Выражение для плотности тока получено с использованием уравнения электронейтральности. Результаты. В модели потенциала нулевого радиуса для случая низких температур теоретически исследована электропроводимость полупроводниковой КП с параболическим потенциалом конфайнмента, содержащей донорные примеси, в продольном по отношению к ее оси электрическом поле Получено дисперсионное уравнение, определяющее зависимость энергии связи примеси от напряженности электрического поля. Рассчитана ширина примесного уровня, которая является нелинейной возрастающей функцией напряженности электрического поля. Установлено, что ширина примесного уровня уменьшается с увеличением глубины его залегания. Показано разрушение связанного состояния электрона на примеси под действием электрического поля, т.е. явление термоэлектрической ионизации. Найдено, что напряженность электрического поля ионизации возрастает с увеличением средней энергии связи примеси. Установлено, что в условиях низких температур зависимость плотности тока в КП от напряженности продольного электрического поля носит суперлинейный характер в приближении постоянной подвижности электронов. Выводы. С фундаментальной точки зрения рассмотренный эффект термоэлектрической ионизации позволяет рассчитать среднюю энергию связи, определить концентрацию примесных состояний в КП и оценить температуру истощения примесей, а с прикладной - дает возможность управлять концентрацией свободных носителей зарядов и, следовательно, электропроводностью КП. Кроме того, внешнее электрическое поле позволяет влиять на уширение примесных квазистационарных состояний, т.е. изменять их время жизни.