электроника – школьникам

Гетеропереходы в полупроводниках и приборы на из основе.

(Статья дана в сокращении. Админ. сайта.)

Жорес Иванович АЛФЕРОВ

Жорес Иванович Алферов (р. 1930) — физик, член-корреспондент АН СССР, заведующий лабораторией контактных явлений в полупроводниках Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе АН СССР.

В 1952 закончил факультет электронной техники ЛЭТИ им. Ульянова (Ленина). С 1953 работает в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе. Основные научные интересы Ж. И. Алферова относятся к физике полупроводников и полупроводниковой электронике. При его активном участии созданы первые отечественные транзисторы и мощные германиевые выпрямители. За фундаментальные исследования гетеропереходов в полупроводниках и создание новых приборов на их основе Ж. И. Алферов в 1972 удостоен Ленинской премии. В 1972 Ж.И. Алферов был избран членом-корреспондентом АН СССР. Ж. И. Алферов избран членом Института Бенджамина Франклина (США) и награжден золотой медалью этого института. ( Лауреат Нобелевской премии.)

Источник. "Наука и человечество". 1976. М. Знание. с.277-288.

Зонная модель и инжекционные свойства гетеропереходов

Гетеропереходы в полупроводниках — контакты двух различных по химическому составу полупроводников. В таком контакте происходит не только изменение ширины запрещенной зоны, меняются обычно и другие фундаментальные свойства: зонная структура, эффективные массы носителей тока, их подвижности, физико-химические и оптические свойства.

Гетеропереходы могут быть монокристаллические и поликристаллические, резкие и плавные, идеальные и неидеальные, анизотипные (р—n гетеропереходы) и изотипные (p—p и n—n гетеропереходы).

Возможность получения монокристаллических гетеропереходов, т. е. контактов различных по химическому составу полупроводников, осуществленных в одном монокристалле, связана с развитием методов эпитаксиалыюго выращивания полупроводниковых кристаллов, т. е. образования единообразно относительно друг друга ориентированных кристаллов одного вещества на грани другого вещества.

В резком гетеропереходе изменение химического состава происходит на расстоянии, меньшем ширины области объемного заряда перехода. В идеальном гетеропереходе на границе раздела перехода отсутствуют дефекты и граничные состояния.

Комбинация нескольких гетеропереходов, р—n переходов в одной монокристаллйческой структуре, обычно составляющей часть полупроводникового прибора, называется гетероструктурой.

Зонная схема резкого гетероперехода без учета заряженных состояний на границе раздела (идеальная модель) приведена на рис. 1. Суммарный контактный потенциал V_D, вызванный разностью величин работ выхода, т. е. энергии, необходимой для освобождения, или, иначе говоря, для перевода в зону проводимости носителей тока в разных зонах — электронов в зоне n и дырок в зоне р равен сумме V_D и V_D₂.

Так как в этой модели пренебрегают диполями и поверхностными зарядами, то электростатический потенциал .в вакууме будет непрерывен и электрические индукции перпендикулярны к границе, и равны между собой.

Электрическое поле, обусловленное наклоном зон на границе раздела, будет претерпевать разрыв, если имеется разница в величинах диэлектрических постоянных.

Таким образом, в гетеропереходе в отличие от обычного p — п перехода потенциальные барьеры для электронов и дырок могут значительно отличаться, что существенным образом скажется на их инжекционных свойствах. Приложение смещения, т. е. внешнего поля или напряжения, в пропускном направлении к p — п (n — р) гетеропереходу будет обеспечивать одностороннюю эффективную инжекцию из материала с большей шириной запрещенной зоны. Так, для р — n гетероперехода (p-часть широкозонная) наличие разрыва будет препятствовать инжекции электронов в широкозонный полупроводник. Наличие разрыва в- валентной зоне £_у уменьшает барьер для инжектируемых дырок.

Если предположить постоянство квазиуровня Ферми в слое объемного заряда, то при некотором значении приложенного напряжения плотность инжектированных дырок должна превысить равновесную плотность их в эмиттере NA.

Краткий словарь к статье.

Излучательная рекомбинация

Инверсная заселенность Волновой слой Условия Вульфа-Брэгга Спонтанное излучение Динистор