етки
4.1 Сверхрешетки. Види сверхрешеток
У останні роки зростає інтерес дослідників, інженерів, технологів до шаруватим структурам, що складається з різних напівпровідникових (Напівпровідникові надгратки) або магнітних (магнітні мультишарів) матеріалів. Напівпровідникові надгратки та магнітні мультишарів мають характерні розміри шарів 10 - 1000 Г… і їх прийнято називати наноструктурами. Крім напівпровідникових надграток і магнітних мультишарів до наноструктур можна віднести і ряд інших матеріалів: фулерени, пористі кремнієві трубки, деякі біологічні об'єкти. Розрізняють напівпровідникові сверхрешетки, композиційні та леговані надгратки.
сверхрешетках називається періодична структура, що складається з тонких чергуються в одному напрямку шарів напівпровідників. Період надгратки набагато перевищує постійну кристалічної решітки, але менше довжини вільного пробігу електронів. Така структура має, крім періодичного потенціалу кристалічної решітки, додатковим потенціалом, обумовленим шарами, що чергуються напівпровідників, і який називають потенціалом сверхрешетки. Наявність потенціалу сверхрешетки істотно змінює зонний енергетичну структуру вихідних напівпровідників.
4.2 Фізичні властивості надграток
Напівпровідникові сверхрешетки володіють особливими фізичними властивостями, головні з яких наступні: p> • істотне зміна в порівнянні з вихідними напівпровідниками енергетичного спектра;
• наявність великого числа енергетичних зон;
• дуже сильна анізотропія (двовимірна);
• придушення електронно-доречний рекомбінації;
• концентрація електронів і дірок в надрешітки є перебудовуваною величиною, а не визначається легуванням;
• широкі можливості перебудови зонної структури. p> Всі ці особливості напівпровідникових надграток дозволяють вважати ці штучні структури новим типом напівпровідників.
4.3 Технологія виготовлення надграток
Композиційні сверхрешетки, являють собою епітакісально вирощені чергуються шари різних за складом напівпровідників з близькими постійними решітки. Історично перші сверхрешетки були отримані для системи напівпровідників GаАs - Аl x Ga 1 - x Аs [1] Успіх у створенні цієї сверхрешетки був обумовлений тим, що Аl, що має таку ж валентність і іонний радіус, що і Gа, що не викликає помітних спотворень кристалічної структури вихідного матеріалу. У той Водночас Аl здатний створити достатню амплітуду сверхрешеточного потенціалу. <В
Рис. 6
За розташуванню енергетичних зон напівпровідників композиційні надгратки поділяються на кілька типів. Напівпровідникова надгратка GаАs - Аl x Ga 1 - x Аs відноситься до сверхрешетках I типу у яких мінімум зони провідності Е c 1 і максимум валентної зони Е v 1 одного напівпровідника по енергії розташовані всередині енергетичної щілини іншого (рис. 6, а). У сверхрешетках цього типу виникає періодична система квантових ям для носіїв струму в першому напівпровіднику, які відокремлені один від одного потенційними бар'єрами, створюваними в другому напівпровіднику. Глибина квантових ям для електронів ДЕ З визначається різницею між мінімумами зон провідності двох напівпровідників, а глибина квантових ям для дірок - різницею між максимумами валентної зони ДЕ v (рис. 6, а). p> У композиційних сверхрешетках II типу (рис. 6, б) мінімум зони провідності одного напівпровідника розташований в енергетичної щілини другого, а максимум валентної зони другого - у енергетичної щілини першого композиційні надгратки II типу зі ступінчастим ходом зон [1]). Енергетичну діаграму сверхрешетки цього типу ілюструє рис. 6, б справа. У цих сверхрешетках модуляція країв зони провідності і валентної зони має один і той же знак. Прикладом сверхрешетки з такою енергетичною структурою є система In x Ga 1 - x As - GaSb 1 - y As y . До цього ж типу відносяться і композиційні надгратки, у яких мінімум зони провідності одного напівпровідника розташований по енергії нижче, ніж максимум валентної зони іншого (Композиційні надгратки II типу з неперекривающіеся забороненими зонами). Прикладом такої сверхрешетки може служити система InAs - GaSb. p> У легованих сверхрешетках періодичний потенціал утворений чергуванням шарів n-і p-типів одного і того ж напівпровідника. Ці шари можуть бути відокремлені один від одного нелегованої шарами. Такі напівпровідникові сверхрешетки називають часто nipi-кристалами. Для створення легованих надграток найчастіше використовують GaAs. p> Потенціал сверхрешетки в легованих сверхрешетках створюється тільки просторовим розподілом заряду. Він обумовлений потенціалом іонізованних домішок у легованих шарах. Всі донорні центри в легованих сверхреше...
