A heterostruktúra egy kifejezés a félvezető fizikában , és egy réteges szerkezetet jelöl, amely különböző félvezetőkből származó hordozóra nőtt , és általában a sávszélességben különbözik . Két különböző anyag között úgynevezett heterojunkció jön létre , amelyben a hordozók megnövekedett koncentrációja lehetséges, és ezáltal egy degenerált , kétdimenziós elektrongáz képződése . A homostruktúrákkal ellentétben nagyobb választási szabadsággal rendelkezik a vezetési és vegyértéksávok kívánt potenciálprofiljának megalkotásában . A heterostruktúrák lehetővé teszik a félvezető kristályok és eszközök alapvető paramétereinek szabályozását: sávszélesség, hordozók effektív tömege és mobilitása, törésmutatója, elektronenergia-spektruma stb.
A heterostruktúrák termesztéséhez sok különböző módszert használnak, amelyek közül két fő megkülönböztethető:
Az első módszer lehetővé teszi heterostruktúrák nagy pontosságú növesztését (akár atomi monorétegig [1] ). A második módszer nem nagy pontosságú, de az első módszerhez képest nagyobb teljesítményű.
Zhores Alferov ( Oroszország ) és Herbert Kroemer ( USA ) 2000 -ben Nobel-díjat kapott a nagysebességű optoelektronikai félvezető-heterostruktúrák fejlesztéséért .
Az oroszországi nanotechnológiai fejlesztési program részeként aktívan fejlődnek a heterostruktúrákhoz kapcsolódó iparágak, nevezetesen a napelemek és LED -ek gyártása .
Shockley 1948-ban mutatott rá először arra a lehetőségre, hogy két különböző félvezető érintkezésének tulajdonságait felhasználják a bipoláris tranzisztorok befecskendezésének hatékonyságának növelésére. [2]
1957-ben Herbert Kremer felvetette munkájában [3] , hogy a heterojunkciók nagyobb injektálási hatásfokkal rendelkezhetnek, mint a homojunkciók.
R. L. Anderson 1960-ban kidolgozott egy kvalitatív modellt egy heterojunkció energiadiagramjának kialakítására, ő tanulmányozta az első epitaxiális egykristályos Ge - GaAs heterojunkciót egybeeső rácsállandókkal [4] .
Néhány évvel később Zh. I. Alferov [5] és G. Kremer [6] egymástól függetlenül fogalmazta meg a kettős heterostruktúrákon (DHS) alapuló lézerek koncepcióját.
Alferov felhívta a figyelmet az injektált hordozók nagy sűrűségének elérésére és a populáció inverziójára, hogy stimulált emissziót érjenek el ezekben a struktúrákban. Megmutatta, hogy a beinjektált hordozók sűrűsége több nagyságrenddel nagyobb is lehet, mint a hordozók sűrűsége egy széles résű emitterben (a „ szuperinjektálás ” effektus), és a félvezető interfész potenciálgátjai miatt a rekombináció az emitterben nulla. .
A legígéretesebb rendszer a heterostruktúrák előállítására az AlAs - GaAs rendszer volt, mivel az AlAs és GaAs vegyületek hasonló rácsállandókkal rendelkeznek, a GaAs viszont számos szükséges tulajdonsággal rendelkezik, mint például a hordozók alacsony effektív tömege, nagy elektronmobilitás, nagy sáv. rés, hatékony sugárzási rekombináció és éles optikai abszorpciós él a közvetlen sávszerkezetnek köszönhetően.
A folyadékfázisú epitaxiás (LPE) módszer heterostruktúrák növekedésére alkalmas módosításának kifejlesztése az első rácsos AlGaAs heterostruktúra létrehozásához vezetett. A legfontosabb eszközök többsége elkészült, amelyek kihasználják a heterostruktúrák fő előnyeit:
Zh. I. Alferov és G. Kremer munkáját a heterojunkciókutatás területén 2000-ben fizikai Nobel-díjjal jutalmazták.
Jelenleg a heterocsatlakozásokat széles körben használják nagyfrekvenciás tranzisztorok és optoelektronikai eszközök létrehozásában. Heterostruktúrák alapján nagy sebességű opto- és mikroelektronikai eszközöket hoznak létre: lézerdiódák az optikai hálózatok információátviteli rendszereihez; heterostrukturális LED-ek és bipoláris tranzisztorok; alacsony zajszintű nagy elektronmobilitású tranzisztorok (HPET), amelyeket nagyfrekvenciás eszközökben használnak, beleértve a műholdas televíziós rendszereket is ; heterostruktúrájú napelemek, széles körben használják űr- és földi programokban.