第二層之單一指狀閘極對窄通道的影響

當我們能夠在長通道結構下，清楚的觀察到量子化電導後，就可以開始在指 狀閘極上外加訊號，並觀察此訊號對於電子傳輸的影響。

將一固定負偏壓加於分離閘極上，固定通道間距，再利用外加負偏壓於單一 指狀閘極上，此時二維電子氣因受負偏壓影響，而形成的通道位能形式，如圖 4.8 所示，當逐漸增加 FG1 的負偏壓時，通道間距逐漸變窄，隨著通道間距變窄 電導應有量子化的現象，且因先固定了通道間距(即固定了通道內可存在的次能 帶數目)，所以可限定能出現的平台數目。

VSG=fixed

VFG1: more and more negative VFG2:ground

FG1 FG2

圖 4.8 在分離閘極與單一指狀閘極(FG1)外加負偏壓之示意圖，其中分離閘極為 固定負偏壓，而指狀閘極 FG1 負偏壓可逐漸增加，以將通道封閉，電流方向為 x 方向。虛線與實線部份分別代表分離閘極與指狀閘極因受負偏壓影響而形成的通 道位能形式，整體的位能形式類似在窄通道上再外加一窄通道。

在指狀閘極外加負偏壓之前，窄通道的次能帶數目與分離閘極外加負偏壓之 關係，如圖 4.9 所示。降溫過程對每對金屬閘極皆外加+0.2V 之正偏壓，在低溫 量測前(0.3K)，樣品照光約一分鐘。

-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Bare/1.15 Bare after illumination(1 min) T=0.3K

G(2e2 /h)

VSG(Volt)

圖 4.9 次能帶數目相對於外加負偏壓之關係圖，將原始數據除 1.15 則平台出現 的位置將會較符合理論值，在分離閘極外加負偏壓約-0.8V 時，可使得通道內僅 能存有四個次能帶數目。

可以發現，當在分離閘極外加負偏壓約-0.8V 時，可使得通道內僅能存有四 個次能帶數目，所以當固定分離閘極負偏壓-0.8V，且逐漸增加單一指狀閘極負 偏壓時，預期可以觀察到四個平台數目。實驗結果如圖 4.10(a)(b)所示，藉由此方 式確實可以觀察到四個平台結構，與預期相符。同理，若想要看到不同數目的平 台結構，只需調變分離閘極的負偏壓，並重複此方式，即可觀察到特定數目之平 台結構。

比較圖 4.10(a)(b)可以發現，對不同的指狀閘極其截止電壓(V^pinch-off)不同，(FG1 約為-3.5V，FG2 約為-2.0V)，造成差異的主要原因可能是在製作樣品時，兩根指 狀閘極的粗細不一或是底下絕緣層的厚度不均勻，造成兩根指狀閘極在同樣的負 偏壓下，因幾何結構的不同對於二維電子氣體形成的有效電位障也不同，因此截 止電壓也就不同。從此次實驗，我們可以確認此兩根指狀閘極確實能對二維電子 氣在通道傳輸時造成影響。

-3.5 -3.0 -2.5 0

1 2 3 4 5

V_SG=-0.8V T=0.3K G(2e2 /h)

V_FG1(Volt)

(a)

FG2 FG1

-2.0 -1.5

0 1 2 3 4 5

V_SG=-0.8V T=0.3K

G(2e2 /h)

V_FG2(Volt)

(b)

圖 4.10(a)(b) 固定分離閘極負偏壓(-0.8V)，分別對不同的單一指狀閘極(FG1 or FG2)增加負偏壓，圖中可以觀察到預期的平台結構。