Heterostruktur

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 11. november 2020; checks kræver 3 redigeringer .

Heterostruktur  er et udtryk i halvlederfysik , der betegner en lagdelt struktur dyrket på et substrat fra forskellige halvledere, der generelt adskiller sig i båndgabet . En såkaldt heterojunction dannes mellem to forskellige materialer , hvor en øget koncentration af bærere er mulig, og dermed dannelsen af ​​en degenereret todimensionel elektrongas . I modsætning til homostrukturer har den større valgfrihed til at konstruere den ønskede potentielle profil af lednings- og valensbåndene . Heterostrukturer gør det muligt at kontrollere grundlæggende parametre i halvlederkrystaller og enheder: båndgab, effektive masser af bærere og deres mobiliteter, brydningsindeks, elektronisk energispektrum osv.

For at dyrke heterostrukturer bruges der mange forskellige metoder, blandt hvilke to vigtigste kan skelnes:

Den første metode gør det muligt at dyrke heterostrukturer med høj præcision (op til et atomært monolag [1] ). Den anden metode har ikke høj nøjagtighed, men sammenlignet med den første metode har den en højere ydeevne.

Zhores Alferov ( Rusland ) og Herbert Kroemer ( USA ) blev tildelt Nobelprisen i 2000 for udviklingen af ​​halvleder-heterostrukturer til højhastighedsoptoelektronik .

Som en del af det nanoteknologiske udviklingsprogram i Rusland foregår der en aktiv udvikling af industrier relateret til heterostrukturer, nemlig produktion af solceller og LED'er .

Historie

For første gang påpegede Shockley muligheden for at bruge egenskaberne ved kontakten mellem to forskellige halvledere til at øge effektiviteten af ​​injektion i bipolære transistorer i 1948. [2]

I 1957 foreslog Herbert Kremer i sit arbejde [3] at heterojunctions kunne have højere injektionseffektivitet sammenlignet med homojunctions.

En kvalitativ model for dannelsen af ​​energidiagrammet for en heterojunction blev udviklet af R. L. Anderson i 1960; han studerede også den første epitaksiale enkeltkrystal Ge - GaAs heterojunction med sammenfaldende gitterkonstanter [4] .

Et par år senere formulerede Zh. I. Alferov [5]   og G. Kremer [6] uafhængigt konceptet med lasere baseret på dobbelte heterostrukturer (DHS'er).

Alferov bemærkede muligheden for at opnå en høj tæthed af injicerede bærere og befolkningsinversion for at opnå stimuleret emission i disse strukturer. Han viste, at tætheden af ​​injicerede bærere kan være adskillige størrelsesordener højere end tætheden af ​​bærere i en emitter med bredt mellemrum (" superinjektionseffekten "), og på grund af potentielle barrierer ved halvledergrænsefladen er rekombinationen i emitteren nul .

Det mest lovende system til opnåelse af heterostrukturer var AlAs - GaAs-systemet, da AlAs- og GaAs-forbindelserne har lignende gitterkonstanter, og GaAs har til gengæld mange nødvendige egenskaber, såsom lave effektive bæremasser, høj elektronmobilitet, stort bånd gap, effektiv strålingsrekombination og en skarp optisk absorptionskant på grund af den direkte båndstruktur.

Udviklingen af ​​en modifikation af væskefase-epitaksi (LPE) metoden egnet til vækst af heterostrukturer førte til skabelsen af ​​den første gitter-matchede AlGaAs heterostruktur. De fleste af de vigtigste enheder er blevet oprettet, som bruger de vigtigste fordele ved heterostrukturer:

Zh. I. Alferovs og G. Kremers arbejde inden for heterojunction-forskning blev tildelt Nobelprisen i fysik i 2000.

I øjeblikket er heterojunctions i vid udstrækning brugt til at skabe højfrekvente transistorer og optoelektroniske enheder. På basis af heterostrukturer skabes højhastigheds opto- og mikroelektroniske enheder: laserdioder til informationstransmissionssystemer i fiberoptiske netværk; heterostrukturelle LED'er og bipolære transistorer; lavstøjstransistorer med høj elektronmobilitet (HPET) brugt i højfrekvente enheder, herunder satellit-tv- systemer ; solceller med heterostrukturer, der i vid udstrækning anvendes til rum- og jordbaserede programmer.

Se også

Noter

  1. W. Patrick McCray , MBE fortjener en plads i historiebøgerne, Nature Nanotechnology 2, 259-261 (2007) doi:10.1038/nnano.2007.121
  2. Shockley, W. "Circuit Element Utilizing Semiconductive Material," US patent 2.569.347 (indleveret 26. juni 1948. udstedt 25. september 1951)
  3. H. Kroemer . Proc. JRE, 45, 1535 (1957); RCA Rev. 28, 332 (1957)
  4. L. Anderson . IBM J. Res. Develop., 4, 283 (1960); Sol. St. Electron., 5, 341 (1962) . Hentet 23. oktober 2020. Arkiveret fra originalen 27. oktober 2020.
  5. Zh.I. Alferov, R.F. Kazarinov. A . c. nr. 181737, ansøgning nr. 950840 med prioritet af 30. marts 1963
  6. H. Kroemer . Proc. IEEE, 51, 1782 (1963) (indsendt 14. oktober 1963)
  7. Zh.I. Alferov, V.M. Andreev, V.I. Korolkov, E.L. Portnoy, A.A. Yakovenko . FTP, 3, 930 (1969)
  8. Zh.I. Alferov, V.M. Andreev, M.V. Kagan, I.I. Protasov, V.G. Trofim . FTP, 4, 2378 (1970)
  9. Zh.I. Alferov, F.A. Akhmedov, V.I. Korolkov, V.G. Nikitin . FTP, 7, 1159

Litteratur