Der Quanten-Hall-Effekt im Fortgeschrittenenpraktikum
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2.3. DIE PROBEN 11<br />
sich um einen Silizium-MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Eect-<br />
Transistor) und zum anderen um eine sogenannte GaAs-Al x Ga 1;x As-<br />
Heterostruktur. Mit Si-MOSFET-Proben wurde der Originalversuch von K.<br />
von Klitzing durchgefuhrt, <strong>im</strong> Praktikum wird eine Heterostruktur verwandt,<br />
aufgrund der in Abschnitt 2.3.2 genannten Vorteile.<br />
2.3.1 Silizium-MOSFET<br />
+ V G<br />
S<br />
00000 11111<br />
00000 11111<br />
00000 11111<br />
00000 11111<br />
00000 11111<br />
00000 11111<br />
00000 11111<br />
00000 11111<br />
n<br />
+ + + + + + + + + + + + +<br />
00000000000000<br />
111111111111110000<br />
00000000000000<br />
111111111111110000<br />
00000000000000<br />
11111111111111<br />
Al<br />
0000 1111<br />
00000000000000<br />
111111111111110000<br />
0000 1111<br />
SiO<br />
0000 1111<br />
2<br />
0000 1111<br />
0000 1111<br />
- - - - - - - - - - - - -<br />
+ +<br />
n<br />
D<br />
z<br />
p-Si<br />
Abbildung 2.6: Schematischer Aufbau eines Silizium-MOSFETs, nach [6]<br />
Be<strong>im</strong> Si-MOSFET dient ein p-dotierter Siliziumkristall (Halbleiter) als Basis,<br />
bei dem starker dotierte Stellen auf der Oberache als Kontakte fungieren<br />
(Source und Drain). Die verbleibende Oberache ist mit einer amorphen isolierenden<br />
Oxidschicht bedeckt und diese wiederum mit einer Metallschicht.<br />
An der oberen Metallschicht wird die Gate-Spannung V G angelegt. <strong>Der</strong> Potentialverlauf<br />
ist in Bild 2.7 wiedergegeben. Bei hohen Gate-Spannungen<br />
verlagern sich die positiven Locher tiefer in den Kristall hinein [7]. Wenn<br />
das Leitungsband-Niveau unter das Fermi-Energie-Niveau sinkt, entsteht die<br />
zweid<strong>im</strong>ensionale Inversionsschicht, die bei Si-Kristallen 25 A dick ist [6].<br />
In der z-Richtung sind die Elektronen sozusagen in einem Potentialtopf gefangen.<br />
Die Bewegung senkrecht zu dieser Schichtkann dann quantenmechanisch<br />
beschrieben werden.<br />
<strong>Der</strong> Vorteil dieser MOSFETs besteht darin, da die Elektronendichte uber<br />
die Gate-Spannung regelbar ist, i.a. von Null bis 10 13 Elektronen pro Quadratzent<strong>im</strong>eter.<br />
Allerdings haben sie auch Nachteile: bisher ist es noch nicht
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