薄氧化物 Si-MOSFET 中二维电子的质量增强

我们在本文中报告了对薄氧化物 Si-Metal-oxide-semiconductor 场效应晶体管中有效质量 ($m^*$) 的研究，采用盛宴-达哈 (SdH) 效应的温度依赖性，并遵循 J.L. Smith 和 P.J. Stiles (1972) 所develop的方法。我们发现，在薄氧化物极限情况下，当氧化物厚度 $d_{ox}$ 小于二维电子-电子平均间距 r 时，$m^*$ 仍然增强，并且该增强可由 $m^*/m_B = 0.815 + 0.23(r/d_{ox})$ 描述，其中 $m_B = 0.195 m_e$ 为 Bulk 电子质量，$m_e$ 为自由电子质量。例如，在 $n_s = 6 \times 10^{11}/cm^2$ 时，$m^* \simeq 0.25 m_e$，其增强程度是 Smith 和 Stiles 先前报告的两倍。我们的结果表明，半导体中电子与金属栅极电极上中性化正电荷之间的相互作用对于质量增强至关重要。我们还研究了 SdH 效应的磁场取向依赖性，推导出薄氧化物样品中有效 $g$ 因子为 $3.0 \pm 0.5$。