Theory for n-Surface Charge Layers in Hg1−xCdxTe MIS Structures

The energy gap of the Hg1−xCdxTe‐system can be controlled by the mole fraction x of Cd. This offers the possibility to use this material as a model system for systematic investigations especially in the narrow‐gap region (corresponding to 0.16 ≦ x ≦ 0.25). The electronic structure, subband occupations, subband energies, and cyclotron masses are calculated for the two‐dimensional electron gas in MIS structures with this material using an approximate self‐consistent method. Both, inversion and accumulation conditions are considered. Comparisons with existing limited theoretical results and with experimental ones a) show the accuracy of the method used and b) allow to interpret the detailed experimental results from Shubnikov‐de Haas and cyclotron measurements available now. Predictions are made on the composition dependence of the electronic structure especially for inversion conditions. Die Energielücke im Mischkristall Hg1−xCdxTe läßt sich durch die stöchiometrische Zusammensetzung einstellen. Dies eröffnet die Möglichkeit systematischer Untersuchungen insbesondere im Bereich geringer Energielücken (entsprechend 0,16 ≦ x ≦ 0,25). Die elektronische Struktur, insbesondere Subbandbesetzungen, Subbandenergien und Zyklotronmassen werden für das quasi‐zweidimensionale Elektronengas in MIS‐Systemen mit diesem Halbleiter berechnet. Dazu wird ein genähert selbstkonsistentes Verfahren verwendet. Es werden sowohl Inversions‐ als auch Akkumulationsschichten untersucht. Vergleiche mit den vorliegenden, wenigen theoretischen und mit experimentellen Resultaten zeigen a) die Genauigkeit der verwendeten Methode und erlauben b) die Interpretation des umfangreichen experimentellen Materials aus Shubnikov‐de Haas‐ und Zyklotronresonanzuntersuchungen, das inzwischen vorliegt. Es werden Voraussagen zur Abhängigkeit der elektronischen Struktur von der stöchiometrischen Zusammensetzung insbesondere für Inversionsbedingungen gemacht.