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, в чем ложность понятия "физический вакуум"?
Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 05.05.2021 - 18:01: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров.
05.05.2021 - 18:01: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
05.05.2021 - 18:00: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
05.05.2021 - 17:59: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
04.05.2021 - 18:19: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.
04.05.2021 - 18:16: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
04.05.2021 - 18:13: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
04.05.2021 - 18:12: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Николаевича Боглаева - Карим_Хайдаров.
02.05.2021 - 17:58: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
02.05.2021 - 17:56: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
02.05.2021 - 13:13: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
02.05.2021 - 13:11: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Проблема народного образования - Карим_Хайдаров.
Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution