Гетероструктуры.
Полупроводниковые гетероструктуры используются при создании современных транзисторов, лазеров, светодиодов, солнечных батарей, тиристоров и пр.
Гетероструктуры:
Гетероструктура – искусственно созданная слоистая твердотельная структура, изготовленная из двух или более полупроводников, изготовленных из различных по химическому составу материалов, в которой важная роль принадлежит переходному слою, т. е. границе раздела двух полупроводников и именуемому гетеропереходом, и отличающихся шириной запрещённой зоны.
Гетероструктура – это искусственно созданная слоистая твердотельная структура, содержащая несколько гетеропереходов.
Ширина запрещённой зоны – это минимальная энергия, необходимая для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости. Значения ширины запрещённой зоны в полупроводниках составляют от 0,1 до 4 эВ.
По ширине запрещённой зоны все твёрдые вещества различаются по их электрическим свойствам и делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики. У первых вовсе отсутствует запрещенная зона, а у последних она составляет более 4 эВ.
В полупроводниках электроны из валентной зоны, преодолев запрещённую зону (при ненулевой температуре) попадают в зону проводимости и начинают участвовать в проводимости, то есть перемещаться под действием электрического поля.
Ширина запрещенной зоны обуславливает прозрачность полупроводникового материала для фотонов с энергией, меньшей этой ширины. Наоборот, фотоны с энергией большей, чем ширина запрещенной зоны, поглощаются полупроводником. При этом поглощение фотонов полупроводником сопровождается передачей энергии фотона электронам или атомам.
Возможен и обратный процесс – рекомбинация – исчезновение пары свободных носителей противоположного заряда (электрона и дырки) в полупроводниках, сопровождаемое выделением энергии, которая уносится фотонами. В некоторых гетероструктурах энергия внешнего источника практически полностью может быть преобразована в световую энергию.
Под гетеропереходом понимается контакт двух различных по химическому составу полупроводников, при котором кристаллическая решетка одного материала без нарушения периодичности переходит в решетку другого материала, в результате чего образуется единая кристаллическая решетка данных материалов.
Для создания высококачественных гетеропереходов, т.е. для того чтобы в гетероструктуре не было внутренних дефектов, необходимо чтобы полупроводниковые материалы имели одну и ту же кристаллическую структуру и близкие периоды решеток.
С помощью создания гетероструктур можно эффективно управлять движением носителей заряда, их рекомбинацией, а также световыми потоками внутри них (внутри полупроводниковых гетероструктур).
Свойства гетероструктуры полностью зависят от типа и порядка расположения входящих в нее двумерных слоев.
Для получения гетероструктур используют следующие методы:
– молекулярно-лучевую эпитаксию,
– осаждение металлорганических соединений из газовой фазы,
– химическую сборку.
Полупроводниковые гетероструктуры используются при создании транзисторов, лазеров, светодиодов, солнечных батарей, тиристоров и пр.
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com