Indice 621.38 LBC 32852
Compilată de Conf univ Shilyaev PA Prof. Dr. Pavlov DA
Referent: Cercetător principal PTRI NNSU, Ph.D. SM Nekorkin
Acest manual de formare este un supliment la cursul „Fizica sistemele de dimensiuni reduse“, care pot fi citite de la Departamentul de Fizica al UNN pentru studenții înscriși în direcția de formare 210600 „nanotehnologie“.
Metoda manuală de construire a considerat ideal diagrama de energie heterojunction conform regulii de afinitate de electroni și tehnica de calcul parametrilor anisotype heterojunction abrupt. heterojonctiunilor clasificare Dana și furnizează date de referință pentru principalele materiale semiconductoare utilizate pentru a crea o heterojoncțiune.
Indice 621.38 LBC 32852 P 53
heterostructurilor semiconductoare sunt baza unor structuri moderne de tranzistori, electronice cuantice, tehnologia cu microunde, tehnologia electronică pentru comunicații, telecomunicații, sisteme informatice și de iluminat [1].
Elementul principal tip diferit este Heterostructuri heterojunction.
Sub heterojunction se referă la două contacte de semiconductor chimic diferit în care rețeaua cristalină a veniturilor materiale fără a perturba periodicitatea grilajului un alt material.
Distinge izotip și anisotype heterojonctiunilor. Dacă o heterojoncțiune formată din doi semiconductori de un tip de conductivitate, atunci se vorbește de heterojonctiunilor de izotip. heterojonctiunilor Anisotype format semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate.
Există trei modele de heterojoncțiunea: heterojunction -Perfect; heterojunction -neidealny; -geteroperehod cu un strat intermediar.
În mod ideal heterojoncțiune, în contrast cu non-ideale, la interfața de materiale nu exista stări energetice locale pentru electroni. Heterojunction cu stratul intermediar este format prin stratul de o grosime finită și stări de energie locale pot exista atât în stratul intermediar și limitele secțiunii sale.
Acest manual se concentrează pe construirea diagramei energetice în modelul unei heterojunction ideale.
Diagrama energetică a heterojonctiunilor ideale
Pentru a construi diagrama de energie este adesea folosit un simplu „afinitate regula electron“ (în literatura engleză - în general, Anderson) [2], în care discontinuitatea banda de conducție este egală cu diferența dintre afinitățile de electroni ale celor două materiale. Dar trebuie avut în vedere faptul că această abordare nu este întotdeauna valabilă, deoarece zonele de decalaj depind, de asemenea, detaliile privind formarea de legături la heterojoncțiunea și potențialul de deformare.
Pentru a construi diagrama energetică ideală a heterojoncțiunea trebuie să fie cunoscute semiconductoare următoarele caracteristici:
-bandgap (Ex: 1. Ex 2). La construirea noi credem că
-Funcția de lucru termodinamică (F 1 F 2) - distanța de semiconductor nivelul Fermi la nivelul de vid. Trebuie avut în vedere faptul că
Funcția de lucru termodinamic depinde de poziția nivelului Fermi, adică nivelul de dopaj al materialului;
-afinitate de electroni (χ 1. χ 2) - distanța de la partea inferioară a benzii de conducție la nivelul de vid.
În construirea diagrame presupunem că lățimea benzii interzise și externe la funcția de lucru neschimbat
un plan de contact pe care se schimbă brusc valoarea ei; -sa stratul de contact al produce fiecare semiconductor
schimba în energia potențială a electronului. Schimbare completă a potențialului de energie egală cu diferența dintre funcțiile de muncă, care oferă o poziție fixă a nivelului Fermi de-a lungul heterojoncțiunea.
și o regiune a spațiului de încărcare-lățime d (figura 1).
Cu această construcție se vede că, datorită diferenței de electroni afinitate semiconductor contact zona inferioară a primului semiconductor conductivitate intră în planul de contact de la punctul în care nu coincide, în general, cu punctul de ieșire pe planul de jos a benzii de conducție al doilea semiconductor - format discontinuitatea banda de conducție ΔEc . el este
Pentru a construi o diagramă energetică particulară a heterojoncțiunea, este necesar să se calculeze diferența de potențial de contact φ 0. Pentru aceasta este necesar să se calculeze mai întâi poziția nivelului Fermi în fiecare heteropair materialelor [4].
Pentru a calcula poziția nivelului Fermi în raport cu partea de jos a benzii de conducție (μ = F-E c) trebuie să cunoască temperatura, concentrația purtătorilor majoritari și densitatea de stări în zonele și N c N v.
Pentru nedegenerata tip n poziția impurității semiconductor a nivelului Fermi în raport cu banda de conducție se obține din expresia
Figura 3. Distribuția câmpului și construirea unui heterojoncțiune anisotype ascuțit [3].
De asemenea, trebuie apreciat faptul că materialele pot avea heteropair minimelor banda de conducție la diferite puncte de zonă BRYULLOV. De exemplu, minimum GaAs banda de conducție este la punctul D, în timp ce cel mai mic minim AlAs aproape de punctul X. Astfel, natura conducție inferior schimbării benzii minime atunci când proporția de Al în soluție solidă Al x Ga 1 x As (Figura 4). minim inferior Al x Ga 1 x Ca variază de la aranjament direct (r minim) zonele structurii de bandă indirectă (cel puțin în X), atunci când conținutul de Al x≈0.45. De obicei, soluția solidă Al x Ga 1 x Ca cu o fracție de Al se obține, mai puțin de 0,4 pentru a obține o înțelegere directă a zonelor.
Banda banda de valență eV conducție eV
Figura 4. Amplasarea benzii de valență și banda de conducție în Al x Ga 1 x Ca [5].
Arătăm o metodă simplă de a construi diagrama de energie pentru un exemplu concret. Să presupunem că este necesar pentru a construi diagrama de energie GaAs P- - n-Al 0,3 Ga 07 As. Folosind datele de referință (vezi. Tabelul 1), se constată că decalajul de banda si afinitatea de electroni pentru materiale heteropair. Este recunoscut faptul că, atunci când x = 0,3 minimului benzii de conducție a soluției solide Al x Ga 1 x După cum este punctul F (a se vedea. Figura 4). Pentru a obține un GaAs
1, Ex = 1,424 eV și χ 1 = 4,07 eV, pentru Al 0.3 Ga 0.7 As - 2 Ex = 1,798 eV și χ 2 = 3,74 eV.
Construirea unei diagrame bandă este împărțită în mai multe etape. Mai întâi desena separat diagrame bandă pentru GaAs și Al 0.2 Ga 0.8 Ca și în absența contactului. În ceea ce privește energia electronului într-un vid trebuie poziționată, folosind definiția afinitate de electroni.
Acum putem calcula zonele de conducție. Banda de conductie de offset:
C = χ AE 2 - χ 1 = 4.07-3.74 = 0,33 eV, iar banda de valență:
V = E AE g2 - E g1 - c = AE (1.798-1.424-0.33) = 0,044 eV.
În acest caz, AE c> 0, AE v> 0, astfel încât o heterojoncțiune se referă la tipul heterojunction I - bottom Al 0.3 Ga 0.7 Din banda de conducție se află deasupra în partea inferioară a benzii de conducție a GaAs, iar banda de valență este Al 0.3 Ga 0.7 Ca Acesta se află sub partea de sus banda de valență a GaAs (Figura 5a).
Apoi, trage două nivele Fermi în semiconductori, în conformitate cu nivelul de dopare (Figura 5b). În acest exemplu, presupunem semiconductori nedegenerat și pur și simplu au un nivel Fermi în GaAs este mai aproape de banda de valență, și Al 0,3 Ga 0.7 În ceea ce - mai aproape de partea de jos banda de conducție. Vom efectua o serie de linii auxiliare pentru a ajuta
dreptul de a construi diagrama: nivelurile E c „E v“. sunt
continuarea E c. E v GaAs în n-Al 0.3 Ga 0.7 Ca (figura 5b).
Conectați lin niveluri linie punctată de Ec „E v“ și E c. E v în GaAs (Figura 5c). Forma exactă poate fi construită prin expresiile (13) și (15) curbe. În ultima etapă rupturile zona de tragere (figura 5d).