Electron Transport on Helium Films in Confined Geometry

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Datum
2011
Autor:innen
Ashari, Mohamed
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Publikationstyp
Dissertation
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Zusammenfassung

In this work, investigations on the transport of electrons on liquid helium films through narrow channels using suitable substrate structures, microfabricated on a silicon wafer which resembles Field E ect Transistors (we call it He-FET) have been presented. The sample has Source and Drain
regions, separated by a Gate structure, which consists of 2 gold electrodes with a narrow gap (channel) through which the electron transport takes place. The electron densities on the source and drain are determined directly by electrical method. For time-resolved measurements, a pulse of electrons from a small lament is rst collected on the source area, and then the passage of this pulse through the channel of the split gate towards the drain is monitored. This allows determining the electron transport of surface state electrons in channels of various dimensions and for a wide range of electron densities. The study of the potential distribution across the He-FET sample results
in a new model of number of saved electrons as a function of gate voltage. Therefore, this model helped much in understanding the whole 2-DES using He-FET and makes it easy to study the electron transport of such sample. This work can be summarized in the following points:

a) we improved the maximum electron densities which have been observed for the He-FETs by making new samples with more de ned structure dimensions,

b) we did time resolved measurements which guided us to study the potential distribution across the sample,

c) we studied the potential distribution across the sample which we used and which has been used by the people who work in this experimental set-up before in more detail, d) using this potential distribution studies, we developed a model of saved electrons as a function of gate barrier which could be used as a basic model to study the transport of surface state electrons,

e) we used a new method to study the transport of the electrons on the liquid helium lms by pulsing (opening the gate for a short time) the gate.

f) some improvement in the experimental set-up were made and used for the rst time, for example the step-motor which calibrated with the cylindrical capacitor to determine the helium level. so this work is done under de ned conditions better than before.

In general we are getting more insight into the system by studying the electron transport on helium films using such geometry.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

In dieser Arbeit wurden Untersuchungen zum Transport von Elektronen auf flüssigen
Heliumfilmen durch enge Kanäle gezeigt, die auf einem Siliziumwafer hergestellt wurden
und die Feldeffekt Transistoren (He-FET) darstellen. Die Probe hat "source" und
"drain" Gebiete, die durch eine "gate" Struktur getrennt sind, welche aus zwei Goldelektroden
mit einer engen Lücke besteht, durch die der Elektronentransport stattfindet. Die Elektronendichte auf "source" und "drain" werden mir einer elektronischen Methode direkt bestimmt. Für zeitaufgelöste Messungen wird zuerst ein Puls von Elektronen von einem kleinen Filament im "source" Gebiet gesammelt, und dann wird der Fluss dieses Pulses durch den Kanal des "split gates" hin zum "drain" betrachtet. Das erlaubt die Bestimmung des Elektronentransports von Oberflächenelektronen in Kanälen verschiedener Grösse und für einen breiten Bereich von Elektronendichten. Die Untersuchung von möglichen Potentialverläufen auf den He-FET Proben resultiert in einem neuen Model für die Anzahl der verbleibenden Elektronen in Abhängigkeit der
"gate" Spannung. Deshalb hilft dieses Modell sehr um die gesamte zwei-dimensinale
Elektronendichte mit Hilfe eines He-FET zu verstehen und erleichtert es, den Elektronentransport
einer solchen Probe zu untersuchen. Diese Arbeit kann in folgenden Punkten zusammengefasst werden:

a) Einige Verbesserungen im experimentellen Aufbau wurden durchgef uhrt, so zum
Beispiel der Schrittmotor, der zusammen mit dem Zylinderkondensator zur Bestimmung
des Heliumlevels benutzt wurde. Diese Arbeit wurde daher unter besser
de nierten Bedingungen durchgef uhrt als sie zuvor gegeben waren.

b) Wir haben die maximale Elektronendichte im "source" Gebiet verbessert, indem
neue und besser strukturierte Proben benutzt wurden.

c) Wir haben zeitaufgel oste Messungen durchgef uhrt, die Aufschluss uber die Potentialverteilung
in den Proben gegeben haben.

d) Wir haben die Potentialverteilung auf den Proben genauer untersucht, welche
sowohl in unseren als auch in alteren Experimenten Anwendung gefunden haben.

e) Diese Untersuchungen der Potentialverteilung nutzend, haben wir ein neues Modell
für die verbleibenden Elektronen entwickelt, das als Funktion der "gate" Barriere
als grundlegendes Modell verwendet werden kann um den Transport von
SSE zu untersuchen.

f) Wir haben eine neue Methode zur Untersuchung des Elektronentransports auf flüssigen Heliumfilmen genutzt indem wir das "gate" pulsweise betrieben haben
(das "gate" wurde für eine kurze Zeit geöffnet).

Wir erhalten also einen tieferen Einblick in das System des Elektronentransports auf
Heliumfilmen in solch einer Geometrie.

Fachgebiet (DDC)
530 Physik
Schlagwörter
Konferenz
Rezension
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Zitieren
ISO 690ASHARI, Mohamed, 2011. Electron Transport on Helium Films in Confined Geometry [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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September 2, 2011
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