Надґратка — твердотільний матеріал із періодичною зміною шарів з різними властивостями вздовж одного напряму. Це приводить до модуляції періодичного потенціалу кристалічної ґратки твердого тіла, що по суті виконує роль "несучої частоти".
Надґратка - періодичний синтетичний мультишар (шар, що складається з багатьох шарів), в якому елементарна комірка, що складається з послідовних шарів, які хімічно відрізняються від сусідніх за хімічною природою, систематично повторюється.
Напівпровідникові надґратки (НҐ) були вперше виготовлені в 70-тих роках, а металічні в 1980 році.
Загальна характеристика
Надґратки можуть бути виготовлені різноманітними способами, проте найбільш вживаним є молекулярно-променева епітаксія та спутеринг (англ. Sputtering). Цими способами досягають товщини періоду надґратки в декілька атомних шарів. Типова структура надґратки у вигляді [Fe20V30]20, що по суті є бінарною із 20 Å заліза (Fe), а потім 30 Å ванадію (V), причому повторюючись 20 разів вздовж осі надґратки, сумарної товщини 1000 Å чи 100 нм.
Структурна якість надґратки перевіряється на практиці за допомогою дифракції рентгенівських променів, що продукує резонансну структуру максимумів. Інші методи діагностики: гігантський магніторезонанс, малокутове розсіяння рентгенівських променів, розсіяння нейтроннів, спінова поляризація нейтронів та зміни елестичних й акустичних властивостей. У залежності від природи компонентів, надґратки можуть бути названі магнітними, оптичними чи напівпровідниковими.
Рух носіїв заряду в надґратках модифікується до властивостей конкретної надґратки. Це приводить до суттєвого збільшення рухливості носіїв (використовується в мікрохвильових приладах чи в спеціалізованих оптичних приладах, таких як напівпровідникові лазери).
Також існує клас квазіперіодичних НҐ названих по Фібоначчі. НҐ Фібоначчі вивчаються за допомогою одновимірної моделі для квазі- кристалу, де взаємодія електронів, або їх енергія приймає два значення, що корелюють з числами Фібоначчі.
Історія
НҐ являють собою новий тип штучних напівпровідників, які характеризуються наявністю великої кількості енергетичних зон, які мають сильну анізотропію вздовж певної осі (в межах одного шару вони практично двовимірні). Вперше такі системи були розглянуті Келдишем Л.В в 1962 році теоретично, а на практиці напівпровідникові надґратки були запропоновані та Тсу . В НР може бути майже подавлена електронно- діркова рекомбінація, тому протягом довгого часу в системі можливе відхилення від термічної рівноваги. Концентрація електронів та дірок в НР не є фіксованим параметром, який визначається легуванням, а є легко змінюваною величиною. Наявність потенціалу НР суттєво змінює енергетичний спектр, завдяки чому НР мають ряд цікавих властивостей, котрі відсутні в звичайних напівпровідниках. Параметри потенціалу НР легко змінювати в широкому діапазоні, що в свою чергу приводить до суттєвих змін енергетичного спектру. Таким чином, легко змінювати зонну структуру напівпровідникових НР.
Класифікація надґраток
Напівпровідникові надґратки із квантовими потенціальними ямами (КЯ), складаються із періодично чередованих шарів напівпровідників з різною шириною забороненої зони. В таких структурах шари напівпровідника із вузькою забороненою зоною мають товщини, співставні з де-Бройлівською довжиною хвилі носіїв заряду в кристалі , де - редукована стала Планка, - ефективна маса носіїв заряду, - швидкість. Тому в кожному такому шарі реалізуються умови квантового розмірного ефекту.
Багатошарові структури із квантовими ямами (НР) — структури, в яких потенціальні бар'єри мають ширину, яка виключає або не виключає тунелювання часток із однієї КЯ в іншу. Структури можуть представляти собою набір однакових по ширині (похибка не перевершує одного атомного шару) КЯ.
Таким чином, сукупність штучно сформованих напівпровідників з тонкими шарами, що розрізняються шириною забороненої зони, можна класифікувати так:
- Власне надґратки (НҐ) — багатошарові структури з КЯ, в яких на періодичний потенціал напівпровідника накладається додаткова просторова модуляція потенціальної енергії електрона — потенціал НҐ. Періодичність НҐ приводить до зняття виродження квантових рівнів окремих КЯ - утворюються міні-зони (валентні і провідності). Для НҐ характерні бар'єри тунельної товщини, і електрони отримують свободу руху по нормалі (вздовж осі НҐ) до шарів.
- Структури типу квантового проводу (нитки) — структури з КЯ, в яких рух електронів обмежений по двох напрямах, проте вільний у третьому напрямі (одновимірні системи).
- Структури типу квантових точок (комірок) — структури з КЯ, в яких досягається тривимірна локалізація носіїв струму.
- Надатом — напівпровідникова гетероструктура з додатковим сферично симетричним потенціалом — квазі-атомна гетероструктура. Надатом повинен складатися з сферичного ядра одного напівпровідникового матеріалу, селективно легованого донорами, і оточеного бездомішковою матрицею із матеріалу з меншою шириною забороненої зони. Донорні електрони стікають у матрицю, а ядро отримує позитивний заряд, який визначається кількістю донорів.
Див. також
Посилання
- L. Esaki and R. Tsu, "Superlattice and negative differential conductivity in semiconductors", , vol. 14, no. 1 (January 1970), pp. 61-65.
Література
- Ivan K. Schuller, "A New Class of Layered Materials", Phys. Rev. Lett. 44, 1597 (1980).
- Morten Jagd Christensen,
- Бузанева Е.В. Микроструктуры интегральной электроники.- М.: Радио и связь, 1990.-304с.
- Силин А.П. Полупроводниковые сверхрешетки, Успехи физических наук, т.147, вып.3,1985.
- Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. —
Зовнішні посилання
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
Nadgratka tverdotilnij material iz periodichnoyu zminoyu shariv z riznimi vlastivostyami vzdovzh odnogo napryamu Ce privodit do modulyaciyi periodichnogo potencialu kristalichnoyi gratki tverdogo tila sho po suti vikonuye rol nesuchoyi chastoti Nadgratka GaAs AlAs ta potencialnij profil zoni providnosti ta valentnoyi zoni vzdovzh osi z Nadgratka periodichnij sintetichnij multishar shar sho skladayetsya z bagatoh shariv v yakomu elementarna komirka sho skladayetsya z poslidovnih shariv yaki himichno vidriznyayutsya vid susidnih za himichnoyu prirodoyu sistematichno povtoryuyetsya Napivprovidnikovi nadgratki NG buli vpershe vigotovleni v 70 tih rokah a metalichni v 1980 roci Zagalna harakteristikaNadgratki mozhut buti vigotovleni riznomanitnimi sposobami prote najbilsh vzhivanim ye molekulyarno promeneva epitaksiya ta sputering angl Sputtering Cimi sposobami dosyagayut tovshini periodu nadgratki v dekilka atomnih shariv Tipova struktura nadgratki u viglyadi Fe20V30 20 sho po suti ye binarnoyu iz 20 A zaliza Fe a potim 30 A vanadiyu V prichomu povtoryuyuchis 20 raziv vzdovzh osi nadgratki sumarnoyi tovshini 1000 A chi 100 nm Strukturna yakist nadgratki pereviryayetsya na praktici za dopomogoyu difrakciyi rentgenivskih promeniv sho produkuye rezonansnu strukturu maksimumiv Inshi metodi diagnostiki gigantskij magnitorezonans malokutove rozsiyannya rentgenivskih promeniv rozsiyannya nejtronniv spinova polyarizaciya nejtroniv ta zmini elestichnih j akustichnih vlastivostej U zalezhnosti vid prirodi komponentiv nadgratki mozhut buti nazvani magnitnimi optichnimi chi napivprovidnikovimi Ruh nosiyiv zaryadu v nadgratkah modifikuyetsya do vlastivostej konkretnoyi nadgratki Ce privodit do suttyevogo zbilshennya ruhlivosti nosiyiv vikoristovuyetsya v mikrohvilovih priladah chi v specializovanih optichnih priladah takih yak napivprovidnikovi lazeri Takozh isnuye klas kvaziperiodichnih NG nazvanih po Fibonachchi NG Fibonachchi vivchayutsya za dopomogoyu odnovimirnoyi modeli dlya kvazi kristalu de vzayemodiya elektroniv abo yih energiya prijmaye dva znachennya sho korelyuyut z chislami Fibonachchi IstoriyaNG yavlyayut soboyu novij tip shtuchnih napivprovidnikiv yaki harakterizuyutsya nayavnistyu velikoyi kilkosti energetichnih zon yaki mayut silnu anizotropiyu vzdovzh pevnoyi osi v mezhah odnogo sharu voni praktichno dvovimirni Vpershe taki sistemi buli rozglyanuti Keldishem L V v 1962 roci teoretichno a na praktici napivprovidnikovi nadgratki buli zaproponovani ta Tsu V NR mozhe buti majzhe podavlena elektronno dirkova rekombinaciya tomu protyagom dovgogo chasu v sistemi mozhlive vidhilennya vid termichnoyi rivnovagi Koncentraciya elektroniv ta dirok v NR ne ye fiksovanim parametrom yakij viznachayetsya leguvannyam a ye legko zminyuvanoyu velichinoyu Nayavnist potencialu NR suttyevo zminyuye energetichnij spektr zavdyaki chomu NR mayut ryad cikavih vlastivostej kotri vidsutni v zvichajnih napivprovidnikah Parametri potencialu NR legko zminyuvati v shirokomu diapazoni sho v svoyu chergu privodit do suttyevih zmin energetichnogo spektru Takim chinom legko zminyuvati zonnu strukturu napivprovidnikovih NR Klasifikaciya nadgratokNapivprovidnikovi nadgratki iz kvantovimi potencialnimi yamami KYa skladayutsya iz periodichno cheredovanih shariv napivprovidnikiv z riznoyu shirinoyu zaboronenoyi zoni V takih strukturah shari napivprovidnika iz vuzkoyu zaboronenoyu zonoyu mayut tovshini spivstavni z de Brojlivskoyu dovzhinoyu hvili nosiyiv zaryadu v kristali ℏ m v displaystyle hbar m v de ℏ displaystyle hbar redukovana stala Planka m displaystyle m efektivna masa nosiyiv zaryadu v displaystyle v shvidkist Tomu v kozhnomu takomu shari realizuyutsya umovi kvantovogo rozmirnogo efektu Bagatosharovi strukturi iz kvantovimi yamami NR strukturi v yakih potencialni bar yeri mayut shirinu yaka viklyuchaye abo ne viklyuchaye tunelyuvannya chastok iz odniyeyi KYa v inshu Strukturi mozhut predstavlyati soboyu nabir odnakovih po shirini pohibka ne perevershuye odnogo atomnogo sharu KYa Takim chinom sukupnist shtuchno sformovanih napivprovidnikiv z tonkimi sharami sho rozriznyayutsya shirinoyu zaboronenoyi zoni mozhna klasifikuvati tak Vlasne nadgratki NG bagatosharovi strukturi z KYa v yakih na periodichnij potencial napivprovidnika nakladayetsya dodatkova prostorova modulyaciya potencialnoyi energiyi elektrona potencial NG Periodichnist NG privodit do znyattya virodzhennya kvantovih rivniv okremih KYa utvoryuyutsya mini zoni valentni i providnosti Dlya NG harakterni bar yeri tunelnoyi tovshini i elektroni otrimuyut svobodu ruhu po normali vzdovzh osi NG do shariv Strukturi tipu kvantovogo provodu nitki strukturi z KYa v yakih ruh elektroniv obmezhenij po dvoh napryamah prote vilnij u tretomu napryami odnovimirni sistemi Strukturi tipu kvantovih tochok komirok strukturi z KYa v yakih dosyagayetsya trivimirna lokalizaciya nosiyiv strumu Nadatom napivprovidnikova geterostruktura z dodatkovim sferichno simetrichnim potencialom kvazi atomna geterostruktura Nadatom povinen skladatisya z sferichnogo yadra odnogo napivprovidnikovogo materialu selektivno legovanogo donorami i otochenogo bezdomishkovoyu matriceyu iz materialu z menshoyu shirinoyu zaboronenoyi zoni Donorni elektroni stikayut u matricyu a yadro otrimuye pozitivnij zaryad yakij viznachayetsya kilkistyu donoriv Div takozhKvantova tochka Kvantova drotina Podvijnij potencialnij bar yerPosilannyaL Esaki and R Tsu Superlattice and negative differential conductivity in semiconductors vol 14 no 1 January 1970 pp 61 65 LiteraturaIvan K Schuller A New Class of Layered Materials Phys Rev Lett 44 1597 1980 Morten Jagd Christensen Buzaneva E V Mikrostruktury integralnoj elektroniki M Radio i svyaz 1990 304s Silin A P Poluprovodnikovye sverhreshetki Uspehi fizicheskih nauk t 147 vyp 3 1985 Glosarij terminiv z himiyi J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Doneck Veber 2008 758 s ISBN 978 966 335 206 0Zovnishni posilannyaCe nezavershena stattya z fiziki Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi