Понятие электрического перехода. Виды электрических переходов и их классификация (обобщения и выводы)

Гетеропереход

 

Г/п используются в различных П/П приборах: П/П лазерах, светоизлучающих диодах, фотоэлементах, оптронах, солнечных батареях и т. д.

Гетеропереход (г/п) -контакт двух различных по химическому составу полупроводников.

 

Рис. 12.1 Гетеропереход GaAs и твердый раствор AlGaAs

На границе раздела ПП обычно изменяются ширина запрещённой зоны, подвижность носителей заряда, их эффективные массы и др. характеристики.

Из-за разной ширины запрещенной зоны происходит разрыв дна зоны проводимости и потолка валентной зоны (рис.12.1).

В результате этого высота потенциального барьера для электронов и дырок оказывается разной.- это главное отличие г/п от р-n перехода.

 

Каждый из п/п может иметь одинаковый или различный тип электропроводности

 

p1- n2, n1- n2, p1- p2

 

Соответственно гетеропереходы могут быть инжектируещими (p-n) так и неинжектируещими p- p, n-n.

 

Инжекция происходит из широкозонного в узкозонный п/п.

 

В гетеропереходах также образуется обедненный слой, и он обладает выпремляющими свойствами.

 

Из-за различия в высоте потенциального барьера ток через переход связан, в основном, с носителями заряда только одного знака.

 

Для образования качественного гетероперехода надо чтобы кристаллические решетки двух веществ, образующих переход имели один тип, период, необходимо чтобы кристаллическая решетка одного п/п с минимальными количеством нарушений (дислокаций, точечных дефектов и т. п., а также от механических напряжений) переходила в кристаллическую решетку другого п/п –имела место стыковка кристаллических. решёток.

 

Наиболее широкое применение нашли гетеропереходы между п/п типа А³B⁵, а также их твердыми растворами на основе арсенидов, фосфитов и антимонидов галлия Ga и алюминия Al.

Благодаря близости ковалентных радиусов Ga и Al изменение химического состава происходитпрактически без изменения периода решётки.

Также используются многокомпонентные (четверные и более твердые растворы) у которых период решетки слабо зависит от состава.

В отличие от гомоструктур гетеропереход обладает большей гибкостью в конструировании нужного потенциального профиля зоны проводимости и валентной зоны.

Для роста используют несколько методов, среди которых можно выделить два:

- молекулярно -лучевая эпитаксия;

- MOCVD (химическое осаждение из газовой фазы)

Молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ) или молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) - эпитаксиальный рост в условиях сверхвысокого вакуума.

Позволяет выращивать гетероструктуры заданной толщины с моноатомно гладкими гетерограницами и с заданным профилем легирования.

В установках МПЭ имеется возможность исследовать качество плёнок (то есть прямо в ростовой камере во время роста). Для процесса эпитаксии необходимы специальные хорошо очищенные подложки с атомарногладкой поверхностью.

Технология молекулярно-пучковой эпитаксии была создана в конце 1960-х годов Дж. Р. Артуром (J. R. Arthur) и Альфредом Чо (Alfred Y. Cho).

MOCVD (анг. Metalorganic chemical vapour deposition).

Химическое осаждение из газовой фазы с использованием металлорганических соединений - метод получения эпитаксиального роста полупроводников, путём термического разложения (пиролиза) металлорганических соединений, содержащих необходимые химические элементы.

 

Например, арсенид галлия, выращивают при использовании триметилгаллия ((CH₃)₃Ga и трифенилмышьяка (C₆H₅)₃As).

Термин предложен основоположником метода Гарольдом Манасевитом в 1968 году.

Первый метод позволяет выращивать гетероструктуры с прецизионной точностью (с точностью до атомного монослоя).

Второй же не отличается такой точностью, но по сравнению с первым методом обладает более высокой скоростью роста.

Гетероструктура

 

Комбинации различных г/п и монопереходов образуют гетероструктуры.

Гетероструктура — выращенная на подложке слоистая структура из различных полупроводников, в общем случае отличающихся шириной запрещённой зоны.

За развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной оптоэлектроники Жорес Алферов получил Нобелевскую премию в 2000 году.

Понятие электрического перехода. Виды электрических переходов и их классификация (обобщения и выводы).

 

 

В полупроводниковых приборах и микросхемах применяют п/п кристаллы, в которых можно выделить следующие объекты (мы познакомились ранее):

- области собственного полупроводника (i -типа);

- области с донорными (n-типа) и акцепторными (р -типа) примесями;

- границы между полупроводниками с разными типами проводимости и с различной концентрацией примеси;

- слои между полупроводником и металлом для организации внешних выводов или других функциональных назначений.

Общее определение

Электрическим переходом называется область контактирования двух материальных сред с различной величиной или типом электрической проводимости.

В качестве материальных сред, образующих электрические переходы выделяют:

V - вакуум,

D - диэлектрик,

i - собственный п/п,

n - примесный п/п с преобладанием электронной проводимости,

n+ - легированный n-п/п,

р - примесный п/п с преобладанием дырочной проводимости,

p+ - легированный p-п/п,

Me - металл,

S - сверхпроводник.

В зависимости от того, какие материальные среды контактируют, выделяют следующие виды электрических переходов (рис. 12.2):

1) Переходы Джеферсона (S-i, S-…) – это переходы, образованные сверхпроводниками и любой другой средой.

2) Поверхностные или краевые переходы – это переходы, образованные вакуумом и любой другой средой (V-i, V-Me, V-….).

 

Рис. 12.2 Многообразие переходов

3) Биметаллические переходы - это переходы, образованные двумя металлическими средами. Применяются в датчиках температуры (Мe1-Мe2).

4) Тонкокраевые переходы - это переходы, образованные диэлектриком и любой другой средой (D-I, D-p, D-n, D- ….).