и зарядами), то електрони, що мають негативний заряд, притягуються до кордону між напівпровідником і діелектриком. Це означає, що потенційна енергія зменшується при наближенні до цієї межі і мінімальною енергією володіють ті електрони, які знаходяться на кордоні (рис. 1). Таким чином, в приповерхневої області напівпровідника утворюється вузька потенційна яма, яка заповнюється електронами через додаткові електроди стоку і витоку. Ширина потенційної ями виявляється настільки мала (~ 5 нм), що електронний газ в неї виявляє 2D-властивості. Напруга V g, що прикладається між металевим затвором і напівпровідникової підкладкою МОП-структури, дозволяє міняти глибину потенційної ями і, отже, концентрацію 2DЕГ ns у великих межах (10 листопаду - 10 13 см - 2), причому зв'язок V g і ns практично лінійна і визначається питомою ємністю окисла МОП-структури. Це використовується для спостереження КЕХ. Можливість змінювати концентрацію електронів в кремнії - і, отже, електричний опір - за допомогою цього електрода (званого затвором) робить цю структуру ідеальним транзистором.
У польових МОП-транзисторах електрони можу рухатися вздовж площини інтерфейсу, але їх рух в перпендикулярному напрямку обмежена. Фактично, як випливає з квантової механіки, вони взагалі не можуть рухатися в цьому напрямку. Електричне поле електрода притискає носії до скла так сильно, і вони виявляються так сильно замкнутими в цьому напрямку, що квантова механіка дозволяє існування тільки набору дискретних рівнів у цьому вимірі. При низьких температурах, багато менших, ніж відстань між цими рівнями по енергії, і при досить малій щільності всі електрони зосереджені на нижчому з цих рівнів. Їх рух у напрямку z повністю придушене. З іншого боку, вони можуть вільно рухатися в площині ху. Кремнієвий польовий МОП-транзистор являє собою майже ідеальне втілення концепції 2DES, і в більшій своїй частині фізика 2DES базується саме на ньому.
Як би хороші і універсальні ні були польові МОП-транзистори, вони все ж мають свої обмеження. Електрони, зосереджені на поверхні розділу між кристалічним напівпровідником і ізолюючим аморфним склом, часто розсіюються на нерівностях площині розділу або на домішках, що проникають через шар скла. Таке електронне розсіювання небажано. Воно випадковим чином зриває електрони з їх траєкторій, утруднюючи спостереження їх чистого поведінки, обумовленої виключно їх власним взаємодією і взаємодією з магнітним полем. Звичайно, електрони також розсіюються на коливаннях атомів, так званих фононах. Охолодження зразка до температури, близької до абсолютного нуля, пригнічує такі коливання до рівня, при якому вони стають пренебрежимо малими в порівнянні з розсіюванням на залишкових домішках.
Двовимірна система електронів, утримуваних на поверхні розділу між двома різними кристалічними напівпровідниками, повинна бути навіть краще raquo ;, ніж у випадку кремнієвого польового МОП-транзистора. Модулювати-легована гетероструктура галій-миш'як/алюміній-галій - миш'як (GaAs/AlGaAs) являє собою таку поліпшену систему для наукових досліджень і високо-технологічних застосувань.
Чисті напівпровідники не проводять електрики при низьких температурах. У них немає вільних електронів, які могли б рухатися по кристалу. Всі електрони поглинаються хімічними зв'язками, які забезпечують існування кристала як цілого. Для того, щоб проводити електрику, напівпровідники вимагають введення невеликої кількості домішок або, як кажуть, легування. Легування містить в собі щось схоже на фізичну виверт - 22 raquo ;: без легування немає вільних електронів, однак це ж легування приводить до появи домішок, які сильно розсіюють з'явилися вільні носії. У тривимірних напівпровідниках практично неможливо вийти з цього замкнутого кола. У двох вимірах, однак, такий шлях є. Можна відокремити рухливі електрони від породжують їх домішок, поміщаючи ті й інші в різні, але розташовані по сусідству площині. Такі шари повинні бути дуже близькі один до одного, щоб домішки могли передавати свої електрони, але, з іншого боку, ці шари повинні бути на достатній відстані один від одного, щоб розсіювання електронів на заряджених остовах тих домішок, від яких вони походять, придушувалося. Молекулярна пучкова епітаксії (МПЕ) дає можливість виконати таку процедуру.
МПЕ являє собою техніку напилення в умовах глибокого вакууму, яка дозволяє напилюють високоякісні тонкі шари напівпровідників один на одного. Винайдена в кінці 60-х років Елом Чо в Bell Labs, вона стала основою широкої індустрії, що виробляє електронні прилади з високими характеристиками, в основному, для засобів зв'язку. У якості стандартної комбінації для вирощування кристалів в МПЕ використовуються GaAS і AlGaAs. Ці два напівпровідника мають практично однакові міжатомні відстані (постійні решітки), але злегка відрізняються по енергії вільних електронів (спорідненість до еле...
