Steuerung von Nb-2DEG-Nb Josephson-Kontakten mittels Strominjektion

Guzenko, Vitaliy; Lüth, Hans

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-4979

Steuerung von Nb-2DEG-Nb Josephson-Kontakten mittels Strominjektion

Guzenko, Vitaliy (Author)

2002 & 2003

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Vitaly Guzenko

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2002

UmfangII, 91 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2002

Prüfungsjahr: 2002. - Publikationsjahr: 2003

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Lüth, Hans (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2002-03-25

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-4979
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/57209/files/03_027.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Physik (frei) ; weak link (frei) ; Josephson-Kontakt (frei) ; Hybridstruktur (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Seit dem Beginn der achtziger Jahre, als die ersten Supraleiter/Halbleiter-Hybridstrukturen JOFET (Josephson Field Effect Transistor) realisiert wurden, besteht ein besonderes Interesse an steuerbaren Josephson-Kontakten. Bei dem JOFET-Konzept wird die Ladungsträgerkonzentration im zweidimensionalen Elektronengas (2DEG) und dadurch der Suprastrom über ein Gate gesteuert. Die dazu benötigten Spannungen führen effektiv zu einer Signalabschwächung. Später wurde gezeigt, daß die Injektion heißer Ladungsträger in den 2DEG-Bereich die Suprastromsteuerung ermöglicht. Die Injektionsströme sind dabei relativ klein, was prinzipiell eine Signalverstärkung ermöglicht. In dieser Arbeit wird über die Suprastromsteuerung in Nb-InGaAs/InP-Nb-Josephson-Kontakten mittels Strominjektion berichtet. Es wurde gezeigt, daß eine Steuerung des Josephson-Stroms in 3-Tor- und 4-Tor-Konfigurationen durch die Injektion heißer Ladungsträger erzielt wurde. Die Effizienz der Steuerung ist von der Kontaktbreite abhängig. Die Messungen im äußeren Magnetfeld, das dem ersten Minimum der Ic-B-Abhängigkeit entspricht, haben eine Wiederherstellung des kritischen Stromes gezeigt. Diese beiden Effekte wurden durch den lokalen Charakter des Einflusses des Injektionsstroms erklärt. Ein bedeutender Teil der Arbeit ist den technologischen Aspekten der Probenpräparation gewidmet. Unsere Studien haben gezeigt, daß die elektrisch hochtransparente Niob/2DEG-Grenzflächen durch eine He-Plasmabehandlung der Halbleiteroberfläche erzielt werden können. Die Ergebnisse der Untersuchungen der Transporteigenschaften einzelner Nb/2DEG-Grenzflächen werden dargestellt. Um die Spektroskopie der Andreev-Niveaus zu ermöglichen, wurden in dieser Arbeit Versuche vorgenommen, die Ladungsträgerinjektion mittels eines durch in-plane-Gates gesteuerten Quantenpunktkontaktes zu realisieren. Solche Quantenpunktkontakte wurden in InGaAs/InP-Heterostrukturen hergestellt, ihre Ankopplung an die S/2DEG/S-Kontakten ist jedoch bislang gescheitert.

Since early eighties when first superconductor/semiconductor hybrid structures JOFET (Josephson Field Effect Transistor) had been created there has been a huge interest in controlled Josephson junctions. The idea of the JOFET is to control the supercurrent by changing the electron concentration in the two-dimensional electron gas (2DEG) by the gate voltage. However the required voltages are relatively high effectively resulting in attenuation of a signal. Later it was shown that injection of hot carriers into the 2DEG region also makes it possible to control the Josephson current. In this approach the injection current is smaller than the supercurrent, i.e. the system works as a current amplifier. This thesis is concerned with the control of the supercurrent in Nb-InGaAs/InP-Nb Josephson junctions by current injection into the 2DEG region in 3- and 4-terminal configurations. It is shown that control efficiency depends on the junction width. The measurements in applied magnetic field B show recovery of the critical current at a value of B that corresponds to the first minimum in Ic-B dependence. Both above experimental observations can be explained by a local character of the influence of the injected current. Significant part of this thesis is devoted to details of sample processing. Our studies have shown that highly electrically transparent Nb/2DEG interfaces can be prepared by cleaning the semiconductor surface by He plasma. The results of charge transport studies of single Nb/2DEG interfaces are also presented. The last part of the thesis deals with attempts to realize Andreev levels spectroscopy by means of carrier injection through a quantum point contact controlled by in-plane gates. Such quantum point contacts have been realized in InGaAs/InP heterostructures, however their coupling to S/2DEG/S junctions was too weak to result in any experimentally observable charge injection.

OpenAccess:
PDF
(additional files)