Thermal properties of semiconducting InAs nanowires

Thumbnail Image

Files

master_Jokiluoma_Antti_2017.pdf (4.85 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2017-06-06

Department

Major/Subject

Physics of Advanced Materials

Mcode

SCI3057

Degree programme

Master’s Programme in Engineering Physics

Language

en

Pages

45+5

Series

Abstract

Semiconducting nanowires have been studied intensively during the past few decades and are nowadays used in many applications, for example in small electronic circuits. They are usually tens of nanometers in diameter and several micrometers in length, and can be fabricated with a good control of size and composition and with high-quality crystal structure. One potential application for semiconducting nanowires is calorimetric singlephoton detector, a nanoelectronic device used to detect single quanta of energy in the microwave regime. This device operates by sensing small temperature changes on a nano-sized metal island that heats up when it absorbs single photons. Currently, the absorber island is a thin film of copper or silver, but the device could possibly be enhanced by using InAs nanowires instead. In this thesis, the thermal properties of semiconducting InAs nanowires are studied in order to determine the strength of the electron-phonon coupling in a nanowire. Devices both with tunnel junctions and ohmic contacts to the nanowire were fabricated and their current-voltage characteristics were measured at low temperatures. The setup with two subsequent superconductor-insulator-nanowire tunnel junctions was found to be unsuitable for this purpose because of the undesired proximity effect in the nanowire due to the superconducting aluminum connected to the nanowire. Another approach was to measure the temperature-dependent supercurrent flowing between two Al electrodes contacted directly to the nanowire with ohmic contacts. Preliminary results obtained from the supercurrent measurement are discussed in this thesis but determining the electron-phonon coupling constant requires further studies.

Puolijohdenanolankoja on tutkittu intensiivisesti viimeisten vuosikymmenten aikana, ja niitä käytetään nykyään useissa sovelluksissa muun muassa pienikokoisissa sähköpiireissä. Ne ovat halkaisijaltaan tyypillisesti kymmeniä nanometrejä ja pituudeltaan useita mikrometrejä. Nanolankojen valmistusprosessissa pystytään kontrolloimaan tarkasti niiden kokoa ja koostumusta ja saamaan aikaan hyvälaatuinen kiderakenne. Eräs mahdollinen sovelluskohde puolijohtaville nanolangoille on kalorimetrinen yksifotonidetektori, joka on yksittäisten mikroaaltojen taajuusalueella olevien energiakvanttien havaitsemiseen käytettävä nanoelektroninen laite. Laitteen toimintaperiaate perustuu pienten lämpötilamuutosten havaitsemiseen nanokokoisella metallisaarekkeella, joka lämpenee fotonin absorboituessa siihen. Tällä hetkellä absorberina käytetään ohuita kupari- tai hopeakalvoja, mutta laitteen toimivuutta voitaisiin mahdollisesti parantaa käyttämällä InAs-nanolankoja metallikalvojen sijaan. Tässä työssä tutkittiin puolijohtavien InAs-nanolankojen lämpöominaisuuksia niiden elektroni-fononikytkennän määrittämiseksi. Tätä varten valmistettiin rakenteita, joissa nanolangan ja mittausjohtimien välillä oli joko tunneliliitos tai ohminen liitos. Näiden rakenteiden virta–jännite-käyrä mitattiin matalissa lämpötiloissa. Rakenne, jossa oli kaksi peräkkäistä suprajohde-eriste-nanolanka-liitosta, ei toiminut halutulla tavalla, koska alumiini indusoi ei-halutun suprajohtavuuden nanolankaan. Toinen lähestymistapa oli mitata lämpötilasta riippuvaa supravirtaa kahden ohmisella kontaktilla nanolankaan liitetyn johtiminen välillä. Tässä työssä tarkastellaan supravirtamittausten alustavia tuloksia, mutta elektroni-fononikytkennän määrittämiseksi tarvitaan lisää tutkimusta.

Description

Supervisor

Pekola, Jukka

Thesis advisor

Maisi, Ville

Keywords

nanowire, indium arsenide, electron-phonon coupling, superconducting junction

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201706135545

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI