Heterostruktura

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 11. listopadu 2020; kontroly vyžadují 3 úpravy .

Heterostruktura  je termín ve fyzice polovodičů , označující vrstvenou strukturu vyrostlou na substrátu z různých polovodičů, obecně se lišících zakázaným pásmem . Mezi dvěma různými materiály vzniká tzv. heteropřechod , ve kterém je možná zvýšená koncentrace nosičů, a tedy vznik degenerovaného dvourozměrného elektronového plynu . Na rozdíl od homostruktur má větší svobodu volby při konstrukci požadovaného potenciálního profilu vodivostních a valenčních pásem. Heterostruktury umožňují řídit základní parametry v polovodičových krystalech a součástkách: zakázané pásmo, efektivní hmotnosti nosičů a jejich pohyblivosti, index lomu, elektronické energetické spektrum atd.

K pěstování heterostruktur se používá mnoho různých metod, mezi nimiž lze rozlišit dvě hlavní:

První metoda umožňuje pěstovat heterostruktury s vysokou přesností (až do atomární monovrstvy [1] ). Druhá metoda nemá vysokou přesnost, ale ve srovnání s první metodou má vyšší výkon.

Zhores Alferov ( Rusko ) a Herbert Kroemer ( USA ) získali v roce 2000 Nobelovu cenu za vývoj polovodičových heterostruktur pro vysokorychlostní optoelektroniku .

V rámci programu rozvoje nanotechnologií v Rusku dochází k aktivnímu rozvoji odvětví souvisejících s heterostrukturami, konkrétně výroby solárních článků a LED .

Historie

Shockley poprvé v roce 1948 poukázal na možnost využití vlastností kontaktu dvou různých polovodičů pro zvýšení účinnosti injekce u bipolárních tranzistorů. [2]

V roce 1957 Herbert Kremer ve své práci [3] navrhl , že heteropřechody by mohly mít vyšší účinnost vstřikování ve srovnání s homopřechody.

Kvalitativní model pro tvorbu energetického diagramu heteropřechodu vyvinul R. L. Anderson v roce 1960, studoval také první epitaxní monokrystalovou heteropřechod Ge - GaAs se shodnými mřížkovými konstantami [4] .

O několik let později Zh. I. Alferov [5]   a G. Kremer [6] nezávisle formulovali koncept laserů založených na dvojitých heterostrukturách (DHS).

Alferov si všiml možnosti dosažení vysoké hustoty vstřikovaných nosičů a inverze populace pro získání stimulované emise v těchto strukturách. Ukázal, že hustota injektovaných nosičů může být o několik řádů vyšší než hustota nosičů v emitoru s velkou mezerou (efekt „ superinjekce “) a díky potenciálním bariérám na polovodičovém rozhraní je rekombinace v emitoru nulová. .

Nejslibnějším systémem pro získání heterostruktur byl systém AlAs - GaAs, protože sloučeniny AlAs a GaAs mají podobné mřížkové konstanty a GaAs má zase mnoho nezbytných vlastností, jako jsou nízké efektivní hmotnosti nosičů, vysoká mobilita elektronů, velký pás. mezera, efektivní radiační rekombinace a ostrá optická absorpční hrana díky přímé pásové struktuře.

Vývoj modifikace metody epitaxe v kapalné fázi (LPE) vhodné pro růst heterostruktur vedl k vytvoření první mřížkové heterostruktury AlGaAs . Byla vytvořena většina nejdůležitějších zařízení, která využívají hlavních výhod heterostruktur:

Práce Zh. I. Alferova a G. Kremera v oblasti výzkumu heteropřechodů byla v roce 2000 oceněna Nobelovou cenou za fyziku.

V současné době jsou heteropřechody široce používány při vytváření vysokofrekvenčních tranzistorů a optoelektronických zařízení. Na základě heterostruktur vznikají vysokorychlostní opto- a mikroelektronická zařízení: laserové diody pro systémy přenosu informací v optických sítích; heterostrukturní LED a bipolární tranzistory; nízkošumové tranzistory s vysokou mobilitou elektronů (HPET) používané ve vysokofrekvenčních zařízeních, včetně systémů satelitní televize ; solární články s heterostrukturami, široce používané pro vesmírné a pozemské programy.

Viz také

Poznámky

  1. W. Patrick McCray , MBE si zaslouží místo v historických knihách, 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 (podáno 26. června 1948. Vydáno 25. září 1951)
  3. H. Kroemer . Proč. JRE, 45, 1535 (1957); RCA Rev. 28, 332 (1957)
  4. L. Anderson . IBM J. Res. Develop., 4, 283 (1960); Sol. Svatý. Electron., 5, 341 (1962) . Získáno 23. října 2020. Archivováno z originálu dne 27. října 2020.
  5. Zh.I. Alferov, R.F. Kazarinov. A _ C. č. 181737, přihláška č. 950840 s předností ze dne 30.3.1963
  6. H. Kroemer . Proč. IEEE, 51, 1782 (1963) (předloženo 14. října 1963)
  7. Zh.I. Alferov, V.M. Andrejev, V.I. Korolkov, E.L. Portnoy, A.A. Jakovenko . 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. Achmedov, V.I. Korolkov, V.G. Nikitin . FTP, 7, 1159

Literatura