к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Гетеропереход

Гетеропереход - контакт двух различных по хим. составу полупроводников. Г. может быть образован между двумя монокристаллич. или аморфными полупроводниками, между монокристаллич. и аморфным полупроводниками, однако наиб. практич. значение имеют Г., образованные монокристаллами. На границе Г. происходит изменение свойств полупроводникового материала: структуры энергетич. зон, ширины запрещённой зоны 1119923-78.jpg, эффективных масс носителей заряда, их подвижности и т. д. Г. наз. изотипным, если он образован полупроводниками с одинаковым типом проводимости, и анизотипным, если проводимость разного типа. Одними из первых были получены и исследовались Г. Ge-GaAs.

Для получения идеальных монокристаллич. Г. (без дефектов решётки и поверхностных состояний на границе раздела) необходимо, чтобы у полупроводников совпадали типы кристаллических решёток, их периоды (изопериодичность) и коэф. термич. расширения. Практически важны Г., близкие к идеальным. Для их получения периоды решёток а должны совпадать с точностью ~0,1%. Пример идеального Г.: GaAs - твёрдый раствор AlxGa1-xAs. B зависимости от способа получения Г. толщина l переходной области между двумя однородными полупроводниками может варьироваться в широких пределах, в наиб. резких Г. l~20 1119923-79.jpg (4-5 атомных слоев).

Зонная диаграмма описывает большинство электрич., оптич. и др. свойств Г. Для её построения необходимо знать ширины запрещённых зон 1119923-80.jpg, работы выхода Ф, электронное сродство1119923-81.jpgи диэлектрическую проницаемость 1119923-82.jpg для обоих полупроводников. Рассмотрим, напр., зонную диаграмму идеального резкого анизотипного п-P- Г. (заглавная буква здесь и дальше обозначает более широкозонный полупроводник, имеется в виду ширина запрещённой зоны). При приведении полупроводников (рис. 1, а)в контакт в системе устанавливается термодинамич. равновесие (рис. 1, б), к-рое характеризуется единым ферми-уровнем 1119923-83.jpgдля обоих полупроводников и наличием контактной разности потенциалов 1119923-84.jpg (е - элементарный заряд) и электрич. поля E в приконтактной области.

1119923-94.jpg

Рис. 1. Построение зонной диаграммы идеального резкого n- Р-гетероперехода: а - зонные диаграммы двух изолированных проводников, 1119923-102.jpg- дно зоны проводимости, 1119923-103.jpg - потолок валентной зоны, 1119923-104.jpg- уровень Ферми (энергии отсчитываются от энергии 1119923-105.jpg в вакууме вблизи поверхности полупроводника); б- зонная диаграмма n -Р-гетероперехода.

В идеально резком Г. контактный потенциал V (z) и энергия электрона вблизи поверхности образца 1119923-85.jpg - непрерывные функции координаты z, нормальной к границе Г., причём 1119923-86.jpg. Поэтому непрерывна и нормальная составляющая вектора электрич. индукции 1119923-87.jpg , где E1 и E2 - нормальные составляющие электрич. поля в полупроводниках вблизи границы раздела. Отсюда следует, что на границе резкого Г. при 1119923-88.jpg нормальная составляющая электрич. поля E (z)имеет разрыв, а т. к. 1119923-89.jpg, то V(z) и 1119923-90.jpg имеют излом. Предполагается, что величины 1119923-91.jpg и 1119923-92.jpg обоих полупроводников постоянны вплоть до границы раздела. T. к. 1119923-93.jpg непрерывна, то при1119923-95.jpg на границе Г. имеют место разрывы: 1119923-96.jpg,1119923-97.jpg1119923-98.jpg . функция V(z) находится из решения Пуассона уравнения. В случае невырожденного n-P-Г. из этих решений следует, что V1 и V2, приходящиеся на полупроводники п- и Р-типов, связаны соотношением

1119923-99.jpg

где NД1 и NA2 - концентрации доноров и акцепторов в полупроводниках 1 и 2. Из (1) следует, что при небольшом различии1119923-100.jpg изменение потенциала V(z) происходит гл. обр. в слаболегир. полупроводнике. Для невырожденного n-N-Г. (рис. 2) величины V1 и V2 связаны неравенством:

1119923-101.jpg


откуда видно, что даже при 1119923-106.jpg , т. е. изменение V (z)происходит в широкозонном полупроводнике.

Разрывы зон 1119923-107.jpg - наиб. характерная особенность зонных диаграмм идеальных резких Г. Однако реальный Г. не является абсолютно резким, т. е. существует переходная область, в пределах к-рой происходит изменение хим. состава вещества. В пределах этой области 1119923-108.jpg непрерывно изменяются от 1119923-109.jpg, 1119923-110.jpg до 1119923-111.jpg и разрывы в зонах отсутствуют. Заметное "размывание" пичков, характерных для зонной диаграммы резкого Г., происходит, когда толщина переходной области 1119923-113.jpg , где NП - концентрация легирующей примеси в переходной области. При 1119923-114.jpg Г. наз. плавным (рис. 3). В плавном изотипном Г. при 1119923-115.jpg (lD - дебаевская длина экранирования) в области Г. практически не образуется объёмного заряда (рис. 3, а), переходная область представляет собой кристалл с переменной 1119923-116.jpg (варизонный полупроводник). На рис. 3, б показана зонная диаграмма плавного анизотипного Г.

1119923-112.jpg

Рис. 2. Зонная диаграмма идеального резкого п - N-гетероперехода.


1119923-117.jpg

Рис. 3. Зонные диаграммы плавных гетеропереходов: а - изотипного; о - анизотипного; стрелкой показана сила, действующая в варизонном полупроводнике на неосновные носители заряда.

Свойства Г. и их зонные диаграммы сильно зависят от "резкости" и положения перехода "по легированию" относительно перехода по хим. составу (на рис. 1, б и 2 оба перехода резкие и их положения совпадают в пространстве).

Механизмы протекания тока. В резком Г. благодаря разрывам 1119923-118.jpg и 1119923-119.jpg высоты потенц. барьеров для электронов и дырок разные. При т. н. прямом смещении (см. р-n-переход) на резком анизотипном Г. потоки носителей из узкозонного полупроводника в широкозонный и обратно различны и токи инжектир. электронов и дырок отличаются на множитель, пропорц. 1119923-120.jpg . Поэтому в Г. обычно происходит односторонняя инжекция носителей из широкозонного полупроводника (эмиттера) в узкозонный (рис. 4, а).

При нек-ром значении напряжения плотность инжектированных в узкозонный полупроводник носителей превысит плотность равновесных носителей в широкозонном эмиттере (сверхинжекция). При этом максимально достижимая концентрация инжектир. носителей:

1119923-121.jpg

где NA, NД - концентрации акцепторов и доноров в широкозонном эмиттере, L - длина диффузии носителей. Впервые сверхинжекция наблюдалась в Г.

1119923-122.jpg.

При прямом смещении на резком анизотропном Г. инжектир. носители (дырки в случае n-P-T.)должны преодолеть потенц. барьеры (пички), возникающие из-за разрывов зон. Механизмы протекания тока через эти барьеры, дополнительные по сравнению с р-n-переходом (туннельный и термоинжекционный) зависят от величины смещения на Г., температуры, а также от степени легирования полупроводников.

1119923-123.jpg

Рис. 4. Инжекция носителей в гетеропереходе при прямом смещении: а - односторонняя инжекция дырок в резком n-Р-гетеропереходе; б -в плавном n-P-гетеропереходе в присутствии внутренних "тянущих" полей; 1119923-124.jpg - квазиуровни Ферми электронов и дырок.


В плавном Г. на неосновные носители заряда действует внутр. электрич. поле Ei, возникающее из-за изменения 1119923-125.jpg :1119923-126.jpg (рис. 3, а). При прямом смещении (рис. 4, б)в этом случае также происходит односторонняя инжекция дырок в более узкозонную часть, причём за счёт "тянущих" внутр. полей эффективная диффузионная длина инжектир. дырок будет больше, чем в однородном кристалле с постоянной 1119923-127.jpg (в варизонном полупроводнике при диффузии против поля Ei диффузионная длина L уменьшается).

Излучательная рекомбинация. В Г. на основе прямозонных полупроводников излучат. рекомбинация наблюдается при оптич. возбуждении носителей, а также при инжекции неравновесных носителей при прямом смещении на N-р- или р-N-Г. При оптич. возбуждении, если энергия фотонов 1119923-128.jpg удовлетворяет условию

1119923-129.jpg

где eg1- ширина запрещённой зоны узкозонного, 1119923-130.jpg - широкозонного полупроводников, то спектр излучения Г. совпадает со спектром фотолюминесценции узкозонного полупроводника. При 1119923-131.jpg спектр состоит из полос люминесценции широкозонной и узкозонной частей. При протекании прямого тока через анизотипный Г. спектр электролюминесценции зависит от сдвига между переходами по легированию и по хим. составу. При их совпадении в пространстве имеет место односторонняя инжекция иеравновесных носителей заряда в узкозонный полупроводник и в спектре доминирует его полоса излучения: 1119923-132.jpg. При смещении перехода по легированию на 1119923-133.jpg в узкозонную часть наблюдается полоса излучения в области hwyeg1. . При смещении в широкозонную часть на расстояние 1119923-134.jpg наблюдаются 2 полосы: hw1yeg1. и hw2yeg2.

Фотоэффект в Г., как и в р-n-переходе, возникает за счёт пространственного разделения в поле объёмного заряда Г. возбуждённых светом носителей. При освещении поверхности р-N-Г. или n-P-Г. со стороны широкозонного полупроводника в узкозонном полупроводнике поглощаются фотоны с энергией, удовлетворяющей (3) (рис. 5, а). Широкозонный полупроводник служит в этом случае "окном", прозрачным для света, поглощаемого в узкозонном слое, и защищает область генерации неравновесных электронно-дырочных пар от рекомбинац. потерь на поверхности кристалла. Область спектральной чувствительности фотоэффекта определяется формой потенц. барьеров на границе. В резких Г. барьеры, возникающие из-за разрывов зон, препятствуют разделению носителей, возбуждаемых светом при его поглощении в узкозонном полупроводнике (рис. 5, б). В плавных Г. разрывы зон и пички на границах отсутствуют, благодаря чему достигается постоянная спектральная чувствительность в диапазоне 1119923-135.jpg:

1119923-136.jpg

Заключение. Особенности зонных диаграмм Г. и связанные с ними односторонняя инжекция, сверхинжекция, инжекция в тянущих полях делают Г. мощным средством управления потоками носителей в полупроводниках. Благодаря этому электрич. характеристики транзисторов, тиристоров и др. полупроводниковых приборов на основе Г. лучше, чем у аналогичных приборов на основе р-n-переходов. Особенности излучат. рекомбинации и вентильного фотоэффекта послужили основой для создания оптоэлектронных приборов (гетеролазеров ,светодиодов, фотодетекторов и др.; см. Гетероструктура).

1119923-137.jpg

Рис. 5. Фотоэффект в плавном гетеропереходе: а - зависимость фототока от энергии фотонов (пунктир - длинноволновая граница спектральной чувствительности в случае резкого гетероперехода); б- зонная диаграмма (пунктир - форма барьеров в резком гетеропереходе).


Литература по гетеропереходам

  1. Милнс А., Фойхт Д., Гетеропереходы металл - полупроводник, пер. с англ., M., 1975:
  2. Шарма Б. Л., Пурохит P. К., Полупроводниковые гетеропереходы, пер. р англ., M., 1979.

Ж. И. Алферов, С. А. Гуревич.

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution