Гетероструктура — термін у фізиці напівпровідників, що позначає вирощену на підкладці шарувату структуру з різних напівпровідників, в загальному випадку відрізняються шириною забороненої зони. Між двома різними матеріалами формується так званий гетероперехід, в якому можлива підвищена концентрація носіїв, і звідси — формування виродженого двовимірного електронного газу. На відміну від гомоструктур володіє більшою свободою вибору в конструюванні потрібного потенційного профілю зони провідності і валентної зони. Гетероструктури дають можливість управління фундаментальними параметрами в напівпровідникових кристалах і приладах: шириною забороненої зони, ефективними масами носіїв і їх рухливості, показником заломлення, електронним енергетичним спектром і т. д.
Для вирощування гетероструктур використовують багато різних методів, серед яких можна виділити два основних:
- Молекулярно-променева епітаксії,
- Осадження з газоподібної фази (MOCVD).
Перший метод дозволяє вирощувати гетероструктури з високою точністю. Другий же не має високої точності, але в порівнянні з першим методом володіє вищою продуктивністю.
За розвиток напівпровідникових гетероструктур для високошвидкісної оптоелектроніки Жорес Алфьоров (Росія) і Герберт Кремер (США) були удостоєні Нобелівської премії у 2000 році.
В рамках програми розвитку нанотехнологій в Росії ведеться активний розвиток виробництв, пов'язаних з гетероструктурами, а саме виробництво сонячних батарей і світлодіодів.
Одним із типів гетероструктур є квантова яма.
Гетероструктури використовуються в : транзисторах, резонансних тунельних діодах тощо.
Історія
Вперше на можливість використання властивостей контакту двох різних напівпровідників для підвищення ефективності інжекції в біполярних транзисторах вказував Шоклі в 1948 році.
У 1957 році Герберт Кремер у своїй роботі припустив, що гетеропереходи можуть мати більш високу ефективність інжекції в порівнянні з гомопереходамі.
Якісна модель формування енергетичної діаграми гетероперехода була розвинена Р. Л. Андерсоном в 1960 році, їм також було досліджено перший епітаксіальний монокристаллический гетероперехід Ge-GaAs з співпадаючими постійними кристалічної решітки.
Кількома роками пізніше незалежно Ж. І. Алферовим і Г. Кремером була сформульована концепція лазерів на основі подвійних гетероструктур (ДГС).
Алфьоров відзначав можливість досягнення високої щільності інжектованих носіїв і инверсной заселеності для отримання вимушеного випромінювання в даних структурах. Він показав, що щільність інжектованих носіїв може на кілька порядків перевищувати щільність носіїв в широкозонному емітер (ефект «суперінжекціі»), а завдяки потенційним бар'єрів на кордоні напівпровідників рекомбінація в емітер дорівнює нулю.
Найбільш перспективною для отримання гетероструктур була система AlAs-GaAs, так як з'єднання AlAs і GaAs мають близькі значення постійних решіток, а GaAs в свою чергу володіє багатьма необхідними властивостями, такими як малі ефективні маси носіїв, висока рухливість електронів, велика ширина забороненої зони, ефективна випромінювальна рекомбінація і різкий край оптичного поглинання внаслідок прямозонних структури.
Розробка модифікації методу рідиннофазної епітаксії (ЖФЕ), придатної для зростання гетероструктур, привела до створення першої граткову-узгодженої AlGaAs-гетероструктури. Були створені більшість найбільш важливих приладів, в яких використовуються основні переваги гетероструктур:
- низькопорогових ДГС лазери при кімнатній температурі,
- високоефективні світлодіоди на одиночній і подвійний гетероструктуре,
- сонячні елементи на гетероструктурах,
- біполярні транзистори на гетероструктурах,
- тиристорні p-n-p-n-перемикачі на гетероструктурах.
Роботи Ж. І. Алфьорова та Г. Кремер в області дослідження гетеропереходів були відзначені присудженням їм Нобелівської премії з фізики у 2000 році.
В даний час гетеропереходи знаходять широке застосування при створенні високочастотних транзисторів і оптоелектронних приладів. На базі гетероструктур створюються швидкодіючі оптота мікроелектронні пристрої: лазерні діоди для систем передачі інформації в оптоволоконних мережах; гетероструктурних світлодіоди і біполярні транзистори; малошумливі транзистори з високою рухливістю електронів (ВПЕТ), що застосовуються в високочастотних пристроях, в тому числі в системах супутникового телебачення; сонячні елементи з гетероструктурами, широко використовуються для космічних і земних програм.
Див. також
Література
- Алфьоров Ж. Напівпровідникові гетероструктури //Вісник Національної академії наук України [ 6 березня 2022 у Wayback Machine.]. — 2001. — №. 7. — С. 16-22.
Це незавершена стаття з фізики. Ви можете проєкту, виправивши або дописавши її. |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Geterostruktura termin u fizici napivprovidnikiv sho poznachaye viroshenu na pidkladci sharuvatu strukturu z riznih napivprovidnikiv v zagalnomu vipadku vidriznyayutsya shirinoyu zaboronenoyi zoni Mizh dvoma riznimi materialami formuyetsya tak zvanij geteroperehid v yakomu mozhliva pidvishena koncentraciya nosiyiv i zvidsi formuvannya virodzhenogo dvovimirnogo elektronnogo gazu Na vidminu vid gomostruktur volodiye bilshoyu svobodoyu viboru v konstruyuvanni potribnogo potencijnogo profilyu zoni providnosti i valentnoyi zoni Geterostrukturi dayut mozhlivist upravlinnya fundamentalnimi parametrami v napivprovidnikovih kristalah i priladah shirinoyu zaboronenoyi zoni efektivnimi masami nosiyiv i yih ruhlivosti pokaznikom zalomlennya elektronnim energetichnim spektrom i t d Tri tipi geterostruktur v zalezhnosti vid vzayemnogo roztashuvannya zon Dlya viroshuvannya geterostruktur vikoristovuyut bagato riznih metodiv sered yakih mozhna vidiliti dva osnovnih Molekulyarno promeneva epitaksiyi Osadzhennya z gazopodibnoyi fazi MOCVD Pershij metod dozvolyaye viroshuvati geterostrukturi z visokoyu tochnistyu Drugij zhe ne maye visokoyi tochnosti ale v porivnyanni z pershim metodom volodiye vishoyu produktivnistyu Za rozvitok napivprovidnikovih geterostruktur dlya visokoshvidkisnoyi optoelektroniki Zhores Alforov Rosiya i Gerbert Kremer SShA buli udostoyeni Nobelivskoyi premiyi u 2000 roci V ramkah programi rozvitku nanotehnologij v Rosiyi vedetsya aktivnij rozvitok virobnictv pov yazanih z geterostrukturami a same virobnictvo sonyachnih batarej i svitlodiodiv Odnim iz tipiv geterostruktur ye kvantova yama Geterostrukturi vikoristovuyutsya v tranzistorah rezonansnih tunelnih diodah tosho IstoriyaVpershe na mozhlivist vikoristannya vlastivostej kontaktu dvoh riznih napivprovidnikiv dlya pidvishennya efektivnosti inzhekciyi v bipolyarnih tranzistorah vkazuvav Shokli v 1948 roci U 1957 roci Gerbert Kremer u svoyij roboti pripustiv sho geteroperehodi mozhut mati bilsh visoku efektivnist inzhekciyi v porivnyanni z gomoperehodami Yakisna model formuvannya energetichnoyi diagrami geteroperehoda bula rozvinena R L Andersonom v 1960 roci yim takozh bulo doslidzheno pershij epitaksialnij monokristallicheskij geteroperehid Ge GaAs z spivpadayuchimi postijnimi kristalichnoyi reshitki Kilkoma rokami piznishe nezalezhno Zh I Alferovim i G Kremerom bula sformulovana koncepciya lazeriv na osnovi podvijnih geterostruktur DGS Alforov vidznachav mozhlivist dosyagnennya visokoyi shilnosti inzhektovanih nosiyiv i inversnoj zaselenosti dlya otrimannya vimushenogo viprominyuvannya v danih strukturah Vin pokazav sho shilnist inzhektovanih nosiyiv mozhe na kilka poryadkiv perevishuvati shilnist nosiyiv v shirokozonnomu emiter efekt superinzhekcii a zavdyaki potencijnim bar yeriv na kordoni napivprovidnikiv rekombinaciya v emiter dorivnyuye nulyu Najbilsh perspektivnoyu dlya otrimannya geterostruktur bula sistema AlAs GaAs tak yak z yednannya AlAs i GaAs mayut blizki znachennya postijnih reshitok a GaAs v svoyu chergu volodiye bagatma neobhidnimi vlastivostyami takimi yak mali efektivni masi nosiyiv visoka ruhlivist elektroniv velika shirina zaboronenoyi zoni efektivna viprominyuvalna rekombinaciya i rizkij kraj optichnogo poglinannya vnaslidok pryamozonnih strukturi Rozrobka modifikaciyi metodu ridinnofaznoyi epitaksiyi ZhFE pridatnoyi dlya zrostannya geterostruktur privela do stvorennya pershoyi gratkovu uzgodzhenoyi AlGaAs geterostrukturi Buli stvoreni bilshist najbilsh vazhlivih priladiv v yakih vikoristovuyutsya osnovni perevagi geterostruktur nizkoporogovih DGS lazeri pri kimnatnij temperaturi visokoefektivni svitlodiodi na odinochnij i podvijnij geterostrukture sonyachni elementi na geterostrukturah bipolyarni tranzistori na geterostrukturah tiristorni p n p n peremikachi na geterostrukturah Roboti Zh I Alforova ta G Kremer v oblasti doslidzhennya geteroperehodiv buli vidznacheni prisudzhennyam yim Nobelivskoyi premiyi z fiziki u 2000 roci V danij chas geteroperehodi znahodyat shiroke zastosuvannya pri stvorenni visokochastotnih tranzistoriv i optoelektronnih priladiv Na bazi geterostruktur stvoryuyutsya shvidkodiyuchi optota mikroelektronni pristroyi lazerni diodi dlya sistem peredachi informaciyi v optovolokonnih merezhah geterostrukturnih svitlodiodi i bipolyarni tranzistori maloshumlivi tranzistori z visokoyu ruhlivistyu elektroniv VPET sho zastosovuyutsya v visokochastotnih pristroyah v tomu chisli v sistemah suputnikovogo telebachennya sonyachni elementi z geterostrukturami shiroko vikoristovuyutsya dlya kosmichnih i zemnih program Div takozhNadgratka Potencijna yama Potencialnij bar yer GeteroperehidLiteraturaAlforov Zh Napivprovidnikovi geterostrukturi Visnik Nacionalnoyi akademiyi nauk Ukrayini 6 bereznya 2022 u Wayback Machine 2001 7 S 16 22 Ce nezavershena stattya z fiziki Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi