Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1а - Энергетическая зонная диаграмма композиционной сверхрешетки первого типа
Рисунок 1б - Внешний вид возможной структуры сверхрешетки и соответствующий ему профиль энергетических зон
Рисунок 2 - Волновые функции композиционной сверхрешетки первого типа
Рисунок 3 - Представление волновой функции - решения уравнения Шрёдингера - в виде, учитывающем периодичность сверхрешеточной структуры, блоховские функции.
Рисунок 4 - Уравнение Шрёдингера
Рисунок 5 - Искривление зон в легированной сверхрешетке
Рисунок 6 - Периодический потенциал объемного заряда сверхрешетки
Рисунок 7 - Энергетическая зонная диаграмма легированной сверхрешетки

Сверхрешетки и энергетические характеристики

Ключевые слова:  материаловедение, периодика, сверхрешетка, энергетические характеристики

Автор(ы): Клюев Павел Геннадиевич

Опубликовал(а):  Клюев Павел Геннадиевич

13 октября 2010

Отличие электронных свойств полупроводниковых сверхрешеток от свойств однородного полупроводника связано с наличием периодического потенциала сверхрешетки. Это хорошо видно на примере композиционных сверхрешеток 1-го типа, в которых энергетические состояния узкозонного полупроводника расщепляются в одномерные мини-зоны разрешенных энергий, разделенные узкими конечными промежутками (см. рисунок 1 а,б). Волновые функции сверхрешеток обычно представляют в виде линейной комбинации блоховских волновых функций центра зоны Бриллюэна, модулированных плавными огибающими, соответствующими периодичности сверхрешеточной структуры (см. рисунок 2 для композиционной сверхрешетки 1-го типа). Волновые функции сверхрешеток имеют очень важное значение, в частности для определения оптических характеристик.

Полное физическое описание сверхрешеточных структур достаточно сложно. Обычно ограничиваются исследованием трех основных проблем: электронных свойств, оптических свойств и коллективных колебаний в сверхрешетках. Наш рассказ начнем с рассмотрения электронных свойств полупроводниковых сверхрешеток, определяющих энергетическую структуру. Все ниже описанное относится в первую очередь к структурам типа AIIIBV.

В композиционных сверхрешетках материалы, составляющие гетероструктуру, обычно согласуются по параметру сверхрешетки или же при его первоначальном отсутствии за счет деформации слоев так, что периодичность структуры сохраняется. Расчет однородных полупроводниковых структур всегда ведется с учетом периодичности, основным образующим элементом которой является элементарная ячейка кристалла. В случае сверхрешетки задача усложняется: ведь теперь еще необходимо учитывать и периодичность в направлении роста структуры. Период сверхрешетки d значительно превосходит период кристаллической структуры a. Благодаря этому расчет энергетических характеристик сверхрешеток можно проводить при помощи метода огибающей функции. В приближении метода сильной связи энергетические состояния сверхрешетки строятся на основе энергетических состояний атомов, составляющих материал сверхрешетки. Метод огибающей учитывает естественную периодичность, принимая во внимание понятие эффективной массы, в то время как сверхрешеточная периодичность действует на огибающую. В зависимости от характера периодичности сверхрешетки могут быть одно-, дву- и трехмерными. Поскольку потенциал сверхрешетки периодичен, то решение уравнения Шрёдингера ищется в виде блоховских функций (см. рисунок 3). Энергетический спектр электронов и огибающая волновая функция находятся из одноэлектронного уравнения Шрёдингера (см. рисунок 4), где me - эффективная масса электронов, а функция Ec(z) описывает профиль потенциальной ямы. В плоскости квантовой ямы движение электронов практически неограничено, поэтому об электронах в квантовых ямах говорят как о двумерном электронном квантовом газе. Метод огибающей функции достаточно хорошо совпадает с экспериментальными результатами для сверхрешеток 1-го и 2-го типа.

Отличие легированных сверхрешеток от композиционных состоит в том, что здесь мы имеем дело с однородным материалом, на который наложен лишь периодический модулирующий потенциал сверхрешетки (см. рисунок 5). При условии, что легирование однородно и ширины донорных и акцепторных областей равны, действует формула для периодического потенциала пространственного заряда (см. рисунок 6). Возможные несоответствия постоянных решетки и связанные с этим деформационные напряжения отсутствуют. Часто заряды ионов, входящих в легированную сверхрешетку, принимают за объемный заряд с однородными распределениями плотности носителей заряда – периодические функции координаты, изменяющиеся вдоль оси роста структуры оси z (см.рисунок 7). Необходимо отметить, что параболичность наблюдается только в случае достаточно тонких слоев d. В легированных сверхрешетках эффективная ширина запрещенной зоны (расстояние между экстремальными значениями потолка валентной и дна ПОДзоны проводимости) меньше, чем в композиционных. Это связано с легированием материалов, уровень которого определяет положение энергетических уровней в подзонах. В остальном же, при исследовании энергетических характеристик используют практически теже приемы, что и для композиционных решеток.

Список используемых источников

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

2 Силин А. П. Полупроводниковые сверхрешетки, УФН, 1985, т. 147, с. 485



Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 


Комментарии
?
Мне не понятно, но сестра - студент физик сказала, что хорошо!
Коваленко Артём, 18 октября 2010 13:06 
А что за картинка странная рядом с абстрактом
статьи?

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

 

Рассвет на болоте
Рассвет на болоте

Премии Правительства Москвы молодым ученым за 2019 год
Объявлены лауреаты премии Правительства Москвы молодым ученым за 2019 год. Премией отмечены 50 работ молодых столичных ученых. Среди лауреатов 12 сотрудников МГУ имени М.В.Ломоносова. Конкурс на получение премий Правительства Москвы молодым ученым проводится с 2013 года. Торжественное награждение победителей состоится 7 февраля 2020 года в Государственном Кремлевском дворце.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Перерождение кремния: от полупроводника к металлу. Морская губка – основа для создания новых наноструктурных композитов. Нитрид-борные аналоги углеродных колец. Лучшие научные сюжеты года по версии APS. Сверхпроводимость ставит новый температурный рекорд. Звук переносит массу? Всяко-разно.

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 6)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-6
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Да пребудет с вами сила плазмонов!
А.А.Семенова, Э.Н.Никельшпарг, Е.А.Гудилин, Н.А.Браже
Ученые Московского университета приблизились к решению проблем современной медицинской диагностики с использованием единичных клеток и их органелл путем разработки новых неинвазивных оптических методов анализа.

Юрий Добровольский: «Через 50 лет вся энергия будет вырабатываться биоорганизмами»
Андрей Бабицкий, Юрий Добровольский
Главный редактор ПостНауки Андрей Бабицкий побеседовал с химиком Юрием Добровольским о науке о материалах, будущем энергетики и новых аккумуляторах

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

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.