Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1 - Расположение краев зоны проводимости и валентной зоны относительно уровня вакуума в отдельных неконтактирующих веществах (слева) и в композиционных сверхрешетках (справа)
а) сверхрешетка типа I
Рисунок 1 - Расположение краев зоны проводимости и валентной зоны относительно уровня вакуума в отдельных неконтактирующих веществах (слева) и в композиционных сверхрешетках (справа)
б) сверхрешетка типа II
Рисунок 1 - Расположение краев зоны проводимости и валентной зоны относительно уровня вакуума в отдельных неконтактирующих веществах (слева) и в композиционных сверхрешетках (справа)
в) политипная сверхрешетка
Рисунок 2 - Схема расположения слоев (слева) и зонная диаграмма в зависимости от координаты (координата по оси ординат, энергия по оси обсцисс) для сверхрешетки GaAs-AlxGa1-xAs. Стрелка показывает направление роста слоев
Рисунок 3 - а) зависимость положения краев зон отсчитанных от вакуумного уровня в зависимости от состава. По оси обсцисс отложены индексы концентрации элементов
Рисунок 3 - Схематические зонные диаграммы сверхрешеток б)InAs-GaSb и в) In1-xGaxAs-GaSb1-yAsy. Заштрихованным областям соответствуют подзоны. По оси абсцисс отложена координата.
Рисунок 4 - а) энергия краев зон AlSb по отношению к GaSb InAs, б) энергетические диаграммы двух типов политипных сверхрешеток. Заштрихованные области отвечают запрещенным зонам.

Что такое сверхрешетки и их типы

Ключевые слова:  композиционная сверхрешетка, периодика, полупроводник, сверхрешетка

Автор(ы): Клюев Павел Геннадиевич

Опубликовал(а):  Клюев Павел Геннадиевич

30 сентября 2010

Каждый кристалл имеет в своей основе кристаллическую решетку, в узлах которой расположены атомы или ионы. Для того, чтобы получить сверхрешетку, необходимо навязать кристаллу еще один период - превышающий период кристаллической решетки в несколько раз. Наиболее простой способ - соединить несколько слоев различных материалов. Получение таких структур важно в первую очередь для создания целого ряда устройств - нелинейных преобразователей СВЧ сигналов, генераторов и усилителей ЭМ сигналов, частоты в которых можно перестраивать в довольно широком диапазоне и пр.. Все знают, что движение электронов в кристаллической решетки представляет собой движение в пространственно периодическом поле. В энергетическом отношении уровни сливаются в зоны, и электроны могут занимать только определенные уровни энергии в так называемых энергетических зонах, разделенных интервалами запрещенных энергий. Было бы неплохо иметь механизм, позволяющий управлять параметрами периодической структуры, энергетическими зонами, их шириной. Для этого и были созданы сверхрешетки или искусственные кристаллы. Меняя толщину прослоек, химический состав материалов, можно менять периодические свойства в широких пределах.

Классическим примером сверхрешетки может быть структура, состоящая из чередующихся тонких слоев полупроводника. Период сверхрешетки превышает постоянную кристаллической решетки, но меньше длины свободного побега электронов. Помимо периодического потенциала кристаллической решетки сверхрешетка обладает потенциалом, обусловленным периодичностью ее структуры. Этот потенциал называется потенциалом сверхрешетки. Различают два основных вида сверхрешеток. Это композиционные сверхрешетки и nipi сверхрешетки. Композиционные состоят из полупроводников разного химическго состава, их еще называют гетероструктурными сверхрешетками. nipi сверхрешетки состоят из слоев полупроводника с разными типами проводимости, чередующимися с собственными полупровдниками. Отсюда и сокращенное название, ясно определяющее периодическую структуру.

В композиционной сверхрешетке 1-го типа (см.рисунок 1а) разрывы зон имеют разные знаки, а запрещенная зона одного полупроводника полностью охватывает запрещенную зону второго. Формируются квантовые ямы для дырок и элекронов. Квантовое ограничение ностелей заряда происходит внутри одних и тех же слоев, образующих яму. Первая сверхрешетка типа I была построена для системы GaAs - AlxGa1-xAs. На рисунке 2 показана схема распложения слоев (слева) и зонная диаграмма в зависимости от координаты (координата по оси ординат, энергия по оси обсцисс). Видно,что в зоне проводимости появляются электронные подзоны,а в валентной - дырочные. Иногда используют материалы с разной величиной постоянной решетки. Тогда согласование решеток происходит за счет напряжений между тонкими слоями. В композиционной сверхрешетке 2-го типа разрывы зон имеют одинаковый знак (см.рисунок 1б), а запрещенные зоны могут и вовсе не перекрываться. В этом случае квантовое ограничение носителей заряда происходит в слоях разных материалов. Валентная зона одного материала расположена близко к зоне проводимости другого. Типичным примером могут служить соединения типа In1-xGaxAs - GaSb1-yAsy (см.рисунок 3). В политипной сверхрешетке в дополнение к сверхрешетке 2-го тип появляется третий широкозонный полупроводник, представляющий потенциальный барьер как для дырок, так и электронов. В качестве широкозонного материала можно испльзовать AlSb, полностью перекрывающий запрещенные зоны GaSb и AlAs (см. рисунок 4).

Список используемых источников

1 Херман М. Полупровдниковые сверхрешетки: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989.

2 Ю.П., КардонаМ. Основы физики полупровдников: Пер. с англ. - М.:ФИЗМАТЛИТ, 2002



Средний балл: 10.0 (голосов 1)

 


Комментарии
Коваленко Артём, 01 октября 2010 22:32 
А как же искривления зон? Почему про
них ничего не написали?! В этом же вся суть!!!
Ионы и электроны с дырками пространственно
разделены => высокие подвижности носителей, а
значит, быстрая электроника.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Коллаж
Коллаж

Международная онлайн-дискуссия «Квант будущего»
Фонд Росконгресс, Госкорпорация «Росатом», Российский квантовый центр и научно-популярное издание N+1 завершают серию международных онлайн-дискуссий «Квант будущего», где лидеры индустрии и ведущие мировые ученые обсуждают, как квантовые технологии уже изменили наш мир, и с какими вызовами помогут справиться в будущем.
Заключительная дискуссия «Квантовая революция: профессии будущего и трансформация образования» состоится 8 июля в 17:00 по московскому времени.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Супергибридный материал для хранения водорода. Двумерная соль. Существование виртуальных мультиферроиков подтверждено. Чёрные бабочки. Служение науке и немного поэзии.

Конкурс микрофотографий ZEISS Perspectives
Приглашаем специалистов, работающих с микроскопами ZEISS, Bruker, WITec принять участие в конкурсе микрофотографий ZEISS Russia&CIS «Перспективы».

Академия - университетам
Е.А.Гудилин, Ю.Г.Горбунова, С.Н.Калмыков
Российская Академия Наук и Московский университет во время пандемии реализовали пилотную часть проекта "Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии". За летний период планируется провести работу по подключению к проекту новых ВУЗов, институтов РАН, профессоров РАН, а также по взаимодействию с новыми уникальными лекторами для развития структурированного сетевого образовательного проекта "Академия - университетам".

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2020
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 16, 17, 18 и 19 июня 2020 г.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2020 году
коллектив авторов
2 - 5 июня пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.