Medlennaya mezhzonnaya rekombinatsiya kak prichina anomal'nogo termoelektricheskogo otklika p−n perekhodov

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Термоэлектрические эффекты в p-n переходах широко используются для генерации энергии из градиентов температуры, создания компактных охладителей Пельтье и, в последнее время, для чувствительного детектирования инфракрасного и терагерцового излучения. Обычно предполагается, что электроны и дырки, создающие термоэлектрический ток, находятся в равновесии и имеют общий квазиуровень Ферми. Мы показываем, что отсутствие межзонного равновесия приводит к аномальному знаку и величине термоэлектрического напряжения, возникающего на p-n переходе. Аномалии возникают при условии, что диффузионная длина неосновных носителей заряда превышает размер горячего пятна на переходе. Нормальная величина термоэлектрического напряжения частично восстанавливается, если допускается межзонное туннелирование на p-n переходе. Предсказываемые эффекты могут быть важны в криогенно охлаждаемых фотоодекторах на основе двуслойного графена и квантовых ям CdHgTe.

About the authors

A. S Petrov

Email: petrov.as@mipt.ru

D. A Svintsov

References

  1. A. Rogalski, M. Kopytko, and P. Martyniuk, Appl. Phys. Rev. 6, 021316 (2019).
  2. F. H. L. Koppens, T. Mueller, P. Avouris, A. C. Ferrari, M. S. Vitiello, and M. Polini, Nature Nanotech. 9, 780 (2014).
  3. N. M. Gabor, J. C. W. Song, Q. Ma, N. L. Nair, T. Taychatanapat, K. Watanabe, T. Taniguchi, L. S. Levitov, and P. Jarillo-Herrero, Science 334, 648 (2011).
  4. S. Castilla, B. Terres, M. Autore, L. Viti, J. Li, A. Y. Nikitin, I. Vangelidis, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Lidorikis, M. S. Vitiello, R. Hillenbrand, K.-J. Tielrooij, and F. H. Koppens, Nano Lett. 19, 2765 (2019).
  5. S. Castilla, I. Vangelidis, V.-V. Pusapati, J. Goldstein, M. Autore, T. Slipchenko, K. Rajendran, S. Kim, K. Watanabe, T. Taniguchi, L. Martin-Moreno, D. Englund, K.-J. Tielrooij, R. Hillenbrand, E. Lidorikis, and F. H. L. Koppens, Nat. Commun. 11, 4872 (2020).
  6. E. Titova, D. Mylnikov, M. Kashchenko, I. Safonov, S. Zhukov, K. Dzhikirba, K. S. Novoselov, D. A. Bandurin, G. Alymov, and D. Svintsov, ACS Nano 17, 8223 (2023).
  7. D. Brida, A. Tomadin, C. Manzoni, Y. J. Kim, A. Lombardo, S. Milana, R. R. Nair, K. S. Novoselov, A. C. Ferrari, G. Cerullo, and M. Polini, Nat. Commun. 4, 1987 (2013).
  8. E. Malic, T. Winzer, F. Wendler, and A. Knorr, Physica Status Solidi (b) 253, 2303 (2016).
  9. G. Alymov, V. Vyurkov, V. Ryzhii, A. Satou, and D. Svintsov, Phys. Rev. B 97, 205411 (2018).
  10. I. Gierz, M. Mitrano, J. C. Petersen, C. Cacho, I. C. Edmond Turcu, E. Springate, A. Stohr, A. Kohler, U. Starke, and A. Cavalleri, J. Phys. Condens. Matter 27, 164204 (2015).
  11. S. V. Morozov, V. V. Rumyantsev, M. S. Zholudev, A. A. Dubinov, V. Y. Aleshkin, V. V. Utochkin, M. A. Fadeev, K. E. Kudryavtsev, N. N. Mikhailov, S. A. Dvoretskii, V. I. Gavrilenko, and F. Teppe, ACS Photonics 8, 3526 (2021).
  12. G. Alymov, V. Rumyantsev, S. Morozov, V. Gavrilenko, V. Aleshkin, and D. Svintsov, ACS Photonics 7, 98 (2020).
  13. N. Holonyak and S. F. Bevacqua, Appl. Phys. Lett. 1, 82 (1962).
  14. Z. I. Alferov, V. Andreev, E. Portnoi, and M. Trukan, Sov. Phys. Semiconductors 3, 1107 (1970).
  15. G. J. Pikus, Osnovy teorii poluprovodnikovych priborov, Nauka, Moscow (1965).
  16. M. S. Foster and I. L. Aleiner, Phys. Rev. B 79, 085415 (2009).
  17. F. Ghahari, H.-Y. Xie, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. S. Foster, and P. Kim, Phys. Rev. Lett. 116, 136802 (2016).
  18. B. N. Narozhny, I.V. Gornyi, M. Titov, M. Schütt, and A.D. Mirlin, Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics 91, 1 (2015).
  19. P. Alekseev, A. Dmitriev, I. Gornyi, V. Y. Kachorovskii, B. Narozhny, and M. Titov, Phys. Rev. B 97, 085109 (2018).
  20. A. Tomadin and M. Polini, Phys. Rev. B 104, 125443 (2021).
  21. I. C. Ballardo Rodriguez, B. El Filali, O. Y. Titov, and Y. G. Gurevich, Int. J. Thermophys. 41, 65 (2020).
  22. Y. G. Gurevich and J. E. Veliazquez-Pierez, J. Appl. Phys. 114, 033704 (2013); https://doi.org/10.1063/1.4813514.
  23. G. Span, M. Wagner, S. Holzer, and T. Grasser, Thermoelectric Power Conversion using Generation of Electron-Hole Pairs, in Large Area p-n Junctions, in 2006 25th International Conference on Thermoelectrics, IEEE, Vienna (2006), p. 23.
  24. G. Bakan, N. Khan, H. Silva, and A. Gokirmak, Sci. Rep. 3, 2724 (2013).
  25. A. Woessner, R. Parret, D. Davydovskaya, Y. Gao, J.-S. Wu, M. B. Lundeberg, S. Nanot, P. Alonso-Gonzalez, K. Watanabe, T. Taniguchi, R. Hillenbrand, M. M. Fogler, J. Hone, and F. H. L. Koppens, npj 2D Mater. Appl. 1, 25 (2017).
  26. L. Ren, Q. Zhang, J. Yao, Z. Sun, R. Kaneko, Z. Yan, S. Nanot, Z. Jin, I. Kawayama, M. Tonouchi, J. M. Tour, and J. Kono, Nano Lett. 12, 3711 (2012).
  27. E. McCann, D. S. Abergel, and V. I. Fal’ko, Solid State Commun. 143, 110 (2007).
  28. M. Zholudev, F. Teppe, M. Orlita, C. Consejo, J. Torres, N. Dyakonova, M. Czapkiewicz, J. Wrobel, G. Grabecki, N. Mikhailov, S. Dvoretskii, A. Ikonnikov, K. Spirin, V. Aleshkin, V. Gavrilenko, and W. Knap, Phys. Rev. B 86, 205420 (2012).
  29. N. Stander, B. Huard, and D. Goldhaber-Gordon, Phys. Rev. Lett. 102, 026807 (2009).
  30. R. Du, M. H. Liu, J. Mohrmann, F. Wu, R. Krupke, H. von Lohneysen, K. Richter, and R. Danneau, Phys. Rev. Lett. 121, 127706 (2018).
  31. Z. D. Kvon, E. B. Olshanetsky, D. A. Kozlov, E. Novik, N. N. Mikhailov, and S. A. Dvoretsky, Low Temp. Phys. 37, 202 (2011).
  32. Z. D. Kvon, E. B. Olshanetsky, E. G. Novik, D. A. Kozlov, N. N. Mikhailov, I. O. Parm, and S. A. Dvoretsky, Phys. Rev. B 83, 193304 (2011).
  33. C. Crowell and S. Sze, Solid-State Electronics 9, 1035 (1966).
  34. H. Card, Solid-State Electronics 20, 971 (1977).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).