ктрона). Електрони воліють GaAs ніж AlGaAs (у типових сендвічах це забезпечується різницею в енергіях близько 300 меВ). Практично однакові постійні решітки гарантують фактична відсутність дефектів і напружень і, отже, висока якість поверхні розділу. Різниця спорідненості до електрона дозволяє тримати електрони на відстані від породили їх сильно розсіюють домішок.
Найбільш відома двовимірна електронна система - це 2DES в сендвічах типу GaAs/AlGaAs, вирощених методом МПЕ, яка розташовується на поверхні розділу з боку GaAs (рис.2). Шар GaAs товщиною в кілька мкм вирощується на підкладці з AlGaAs товщиною 0,5 мм. Підкладка є матрицею для напилюваних атомів, а також забезпечує механічну підтримку для кінцевої структури. Потім шар GaAs покривається шаром AlGaAs товщиною ~ 0,5 мкм. Під час цього високотехнологічного, надзвичайно чистого процесу пошарового зростання в шар AlGaAs на відстані 0,1 мкм від поверхні розділу вводиться домішки кремнію. Кожна домішка кремнію має на зовнішній оболонці на один електрон більше порівняно з атомом галію, який вона заміщає у твердому тілі. Домішка легко втрачає цей додатковий електрон, який мандрує по твердому тілу в якості електрона провідності. У пошуках стану з мінімальною енергією такий електрон відважно підкорює енергетичну вершину і звалюється в шар GaAs на відстані 0,1 мкм від поверхні розділу. У дуже чистому шарі GaAs такі електрони провідності можуть рухатися практично незалежно по відношенню до їх породили домішкам, які залишилися в шарі AlGaAs по інший бік бар'єру. За допомогою модульованого легування вдається поєднувати непоєднуване!
Рис.2. Зонна діаграма HEMT-транзистора і схема модулювати-легованої гетероструктури галій - миш'як/алюміній - галій - миш'як (GaAs/AlGaAs). 2DES реалізується на поверхні розділу між GaAs і AlGaAs
Електрони притискаються до шару AlGaAs електричним полем заряджених донорних домішок кремнію (+), які знаходяться в AlGaAs (б). Енергетична ситуація в модулювати-легованої структурі (дуже схожа на ситуацію в польовому Si-МОП- транзисторі). Енергія збільшується справа наліво. Електрони на поверхні розділу пов'язані в трикутної потенційній ямі. Ці електрони мають дискретні енергетичні стани в напрямку z, одне з них показано чорним кольором, друге - горизонтальної штрихуванням. При низьких температурах і низьких концентраціях електронів тільки нижнє (зачерненной) стан зайнято. Рух електронів повністю заборонено в напрямку z, але вони можуть рухатися в площині ху (в).
Тяжіння позитивно заряджених (втратили один електрон) нерухомих іонів кремнію притискає рухливі електрони до бар'єра на поверхні розділу з AlGaAs (Ріс.2в). Ситуація повністю аналогічна тій, яка складається в кремнієвому польовому МОП- транзисторі, де металевий затвор притискає електрони до бар'єра на поверхні розділу з окисом кремнію. Виникає таке ж квантування руху носіїв у напрямку z, і вони виявляються квантовомеханічним пов'язаними біля поверхні розділу, залишаючись рухливими в площині ху. Перевага таких модулювати-легованих гетерострутур GaAs/AlGaAs над кремнієвими польовими МОП-транзисторами полягає в гладкості на атомарному рівні поверхні розділу двох кристалічних напівпровідників дуже високої чистоти. Транзистори на основі модулювати-легованих матеріалів (high electron mobi-transistors) володіють мінімальним шумом і максимальною швидкодією. Вони широко застосовуються в мобільного телефонного зв'язку. Як не дивно, багато незвичайні фізичні явища, описувані нижче, відбуваються в такому ж транзисторі, що використовується у мобільних телефонах, якщо його охолодити до низької температури і помістити в магнітне иоле.
1.1.1 Фундаментальні властивості 2DЕГ
Вони є наслідком того факту, що енергетичний спектр електронної системи, з якою проводиться експеримент, складається з дискретних енергетичних рівнів. У звичайних умовах енергія Е рухомих електронів квазінепреривном і її можна порівняти з кінетичної енергією вільних електронів з імпульсом (де - постійна Планка, - хвильовий вектор), але з ефективною масою m *:
(1.1)
У двовимірному електронному газі рух електронів по осі z обмежена і тому квантуется. У результаті енергія може приймати лише деякі дискретні значення, n=0, 1, 2, так що повний закон дисперсії має вигляд
(1.2)
З (1.2) видно, що кожному дискретному рівню відповідає набір можливих станів, що відрізняються компонентами імпульсу рх і ру. Тому зазвичай говорять не про рівень, а про двовимірної підзоні розмірного квантування з номером n. Теоретичні розрахунки і експерименти показують, що порядок величини відстані між цими подзонами становить 10 меВ. При низьких температурах (Т lt; 4 К) і малих плотностях носіїв заряду в 2DЕГ електрони заселяють тільки нижню подзону. Така ситуація називається електричним квантови...
