к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Гетероструктура

Гетероструктура - полупроводниковая структура с неск. гетеропереходами (ГП). Возможность изменять на границах ГП ширину запрещённой зоны1119923-138.jpg и диэлектрическую проницаемость 1119923-139.jpgпозволяет в Г. эффективно управлять движением носителей заряда, их рекомбинацией, а также световыми потоками внутри Г.

1119923-140.jpg

Рис. 1. Зонные диаграммы гетероструктуры типа N--р-P: а-в равновесии; б - при прямом смещении; 1119923-141.jpg - уровень Ферми, 1119923-142.jpg квазиуровни Ферми

Электронное ограничение. На рис. 1, а показана зонная диаграмма Г. типа N-р-P (двойная Г., ДГ). Предполагается, что толщина d узкозонного р-слоя меньше диффузионной длины (L)неравновесных носителей. При прямом смещении (рис. 1, б)барьер в зоне проводимости на изотипном р-P-ГП ограничивает сквозной диффузионный ток электронов, инжектированных в р-слой, а барьер в валентной зоне на N-р-ГП - сквозной ток дырок (ограничение сквозного тока имеет место и в Г. типа N-п-P). В большинстве случаев, когда разрывы в зонах 1119923-143.jpg и 1119923-144.jpg (T - темп-pa кристалла), сквозным диффузионным током в ДГ можно пренебречь и в р-слое имеет место полное ограничение инжектир. носителей, т. е. локализация неравновесных носителей зарядов в узкозонной части Г., ограниченной более широкозонными полупроводниками. В этом случае плотность j тока прямого смещения определяется только рекомбинацией носителей заряда в узкозонном (активном) слое:

1119923-145.jpg

где 1119923-146.jpg - концентрация неравновесных носителей, инжектированных в активный слой,1119923-147.jpg- их время жизни, е - элементарный заряд. При толстом р-слое1119923-148.jpg 1119923-149.jpg . Отсюда следует, что при одинаковой плотности тока в ДГ за счёт электронного ограничения концентрация неравновесных носителей 1119923-150.jpg в тонком р-слое 1119923-151.jpg в LId раз больше, чем в толстом.

Оптическое ограничение (волноводный эффект). T. к. узкозонный слой имеет обычно больший показатель преломления n1>n2 (рис. 2), то в нём имеет место волноводное распространение света, обусловленное полным внутренним отражением света на границах. Оно отчётливо проявляется, когда 1119923-153.jpg (1119923-154.jpg- длина волны света). Волноводный эффект может наблюдаться как при освещении Г. извне, так и для света излучат. рекомбинации внутри узкозонного слоя. Последний случай наиб. важен в большинстве практич. применений (см. ниже).

1119923-152.jpg

Рис. 2. Волноводный эффект в двойной гетероструктуре n1- показатель преломления узкозонного слоя, n2- широкозонных слоев; E2(z) - зависимость интенсивности световой волны от координаты z.


Структура эл--магн. полей, соответствующих локализованным волнам (собственным модам оптич. волновода, см. Световод ),может быть найдена из решений ур-ний Максвелла, если в полупроводниковых слоях Г. известна функция n(z). Волноводные свойства Г. могут изменяться под влиянием внеш. воздействий, напр. при возбуждении в узкозонном слое неравновесных носителей, т. к. в зависимости от их концентрации изменяется диэлектрическая проницаемость узкозонного слоя.

Практическое применение. Наиб. важное применение Г.- т. н. оптоэлектронные приборы (гетеролазеры, гетеросветодиоды). В Г., активная область к-рых представляет собой прямозонный полупроводник типа AIIIBV с 1119923-155.jpg~1 эВ, внутр. квантовый выход излучат. рекомбинации (отношение числа носителей, рекомбинирующих с излучением фотона, к общему числу инжектированных в узкозонный слой носителей) 1119923-156.jpg~100% в широком диапазоне степени легирования и температуры (включая 300К). T. о., при рекомбинации неравновесных носителей в активной области Г. энергия внеш. источника практически полностью может быть преобразована в световую энергию (см. Гетеролазер).

В гетеросветодиодах (источниках спонтанного излучения) излучающая область также прямо-зонный полупроводник AIIIBV. Вывод излучения обычно осуществляется перпендикулярно плоскости Г. через верхний широкозонный слой (эмиттер, плоское т.


Г. применяются для создания приёмников оптического излучения - фотодиодов, лавинных фотодиодов, фототранзисторов и фототиристоров, преобразователей ИК-излучения в видимое. Наиб. быстродействие и чувствительность имеют Г. типа п+ - п°-Р или p+ -p°-N (+ означает сильное легирование, ° - слабое), освещаемые через широкозонную область. Такие приборы обладают быстродействием ~10-10 -10-11 с и 1119923-158.jpg, близкой к 100%. Изменяя состав и, следовательно, 1119923-159.jpg компонент, можно в широких пределах изменять диапазон спектральной чувствительности фотоприёмников. Использование Г. в лавинных фотодиодах позволяет управлять их осн. параные диоды), максимальный внешний квантовый выход (отношение числа вышедших фотонов к числу рождённых) 1119923-157.jpg~40%. Плоскостные ИК-диоды используются в оптронах. ИК-диоды для волоконных линий связи (см. Волоконная оптика)обладают высокой энергетич. яркостью, которая достигается как за счёт локализации области протекания тока, так и за счет сужения диаграммы направленности излучения вследствие волноводных эффектов, проявляющихся при выводе излучения через боковые грани кристалла, параллельно плоскости ГП (торцовые диоды). Быстродействие для диодов с сильнолегированными активными областями ~10-8-10-9 с (см. также Светоизлучающий диод).

1119923-160.jpg

Рис. 3. Зонная структура солнечных гетерофотоэлементов: а - структуоа с промежуточным варизонным слоем; б - структура с промежуточным преобразованием КВ-света в люминесцентное излучение.

Ввод и вывод излучения в Г. без поглощения позволили создать эффективные эл--люминесцентные фототиристоры (усилители света), а также преобразователи ИК-излучения в видимое, ДВ-граница чувствительности к-рых значительно сдвинута по сравнению с др. электронно- оптическими преобразователями.

На основе Г. типа п-р-P созданы солнечные батареи. Область их спектральной чувствительности 1119923-161.jpg ~ 0,4-0,9 мкм, что соответствует максимуму спектрального распределения интенсивности солнечного света; кпд ~ 25%, плотность снимаемой мощности ~ 40 Вт/см2. Наиб. преимуществами по сравнению с др. преобразователями обладают солнечные гетерофотоэлементы при работе с концентрир. потоками солнечной энергии. Гомопереход р-п создаётся в узкозонном полупроводнике (рис. 3); широкозонное "окно", через к-рое падает излучение, состоит из неск. слоев полупроводников постоянного (с постоянным 1119923-162.jpg) и переменного (варизонный полупроводник) составов. Для собирания макс. кол-ва фотонов осуществляется преобразование частоты коротковолновой 1119923-163.jpg части спектра солнечного света. В 1-м случае (рис. 3, а) часть фотонов поглощается в варизонном полупроводнике и рождённые носители доставляются внутр. "тянущим" полем Ei к р-n-переходу, в цепи к-рого возникает электрич. ток. Во 2-м случае (рис. 3, б) поле Ei доставляет носители в тонкий слой 1119923-164.jpg , где они рекомбинируют, а излучённые при этом фотоны поглощаются в области объёмного заряда р-n-перехода.

Г. с прямозонными широкозонными полупроводниками, обладающими малыми временами 1119923-165.jpg жизни неравновесных носителей и малыми их диффузионными длинами L, позволили создать быстродействующие диоды, транзисторы и тиристоры, работающие при комнатных темп-pax (Т~300К). В выпрямительных полупроводниковых диодах для увеличения пробивных напряжений требуется увеличение толщины слаболегир. области (базы), в к-рой находится пространственный заряд. Это приводит к возрастанию потерь при протекании тока в прямом направлении из-за роста падения напряжения на базе. В гетеродиодах с плавными гетеропереходами низкое падение напряжения на базе N0 достигается благодаря увеличению L в "тянущем" поле. Увеличение эффективной величины L в базе осуществляется в Г. за счёт переноса носителей собств. рекомбинац. излучением.

В биполярных гетеротранзисторах с широкозонным эмиттером за счёт одностороннего характера инжекции эффективность эмиттерного гетероперехода ~1, независимо от легирования базовой и эмиттерной областей (см. Транзистор ).В гетеротранзисторах базовая область может быть легирована сильнее эмиттерной, что, уменьшая сопротивление базы и ёмкость эмиттерного перехода, повышает быстродействие. Для предотвращения инжекции дырок в коллектор, затягивающей время рассасывания, в импульсных гетеротранзисторах наряду с широкозонным эмиттером используется и широкозонный коллектор. В полевых транзисторах на ДГ с узкозонным каналом за счёт электронного ограничения улучшаются шумовые характеристики, а широкозонный затвор улучшает управление каналом.

T. к. тиристор может быть представлен в виде комбинации двух транзисторов с Г. типа р-п-р и п- р-п, между к-рыми существует положит. обратная связь по току, то всё сказанное о гетеротранзисторах применимо и к гетеротиристорам. Высокий 1119923-166.jpg позволяет управлять напряжением включения путём преобразования электрич. сигнала в оптический в самой Г. и последующего его преобразования в электрический на коллекторном переходе. Это исключает ограничения на время включения, связанное с диффузией и дрейфом носителей заряда, а также с временем распространения включённого состояния.

Гетеролазеры и гетерофотоприёмники, используемые в сочетании с плёночными полупроводниковыми волноводами, могут выполняться на основе единой Г. и на общей полупроводниковой подложке объединяться (интегрироваться) в оптич. схему (методами Планерной технологии). Для управления условиями генерации и распространения света часто используются сложные Г., активный слой к-рых состоит из неск. слоев постоянного или плавно изменяющегося состава с соответствующим изменением 1119923-167.jpg. Помимо локализации света в пределах одного или неск. слоев в плоскости ГП, при создании интегрально-оптич. схем возникает необходимость дополнит. локализации световых потоков в плоскости волноводных слоев (в плоскости ГП). Такие волноводы наз. полосковыми и создаются изменением либо состава и свойств полупроводника в плоскости волноводного слоя, либо толщины слоев. "Встраивание" гетеролазера в волноводную схему осуществляется с помощью оптического резонатора, образуемого периодич. модуляцией толщины волноводного слоя. При определ. выборе периода модуляции благодаря дифракции в волноводе возникает волна, бегущая в обратном направлении. В результате формируется распределённое отражение света (см. Интегральная оптика).

Материалы и технология. В приборах на основе Г. чаще всего используются полупроводники AIIIBV и AIVBVI. На основе бинарных соединений может быть получен лишь дискретный набор значений 1119923-168.jpg Однако практически между всеми бинарными соединениями образуются 3- и 4-компонентные твёрдые растворы, замещения (напр., между GaAs и AlAs образуются 1119923-169.jpg; между 1119923-170.jpg ), варьирование состава (х, у)к-рых позволяет плавно изменять 1119923-171.jpg (рис. 4). Наиб. широко используются Г.: 1119923-172.jpg,1119923-173.jpg и 1119923-174.jpg1119923-175.jpg Твёрдые р-ры на основе соединений AIIIBV перекрывают диапазон изменения 1119923-176.jpg~0,2-2,5 эВ. Отсюда спектральный диапазон оптоэлектронных приборов простирается от видимого света (1119923-177.jpg=0,51 мкм) до ИК-излучения (1119923-178.jpg=7,6 мкм).

В Г. на основе 3-компонентных твёрдых растворов условие изопериодичности лучше всего выполняется для твёрдых растворов 1119923-181.jpg , где ZV - элемент V группы периодической системы элементов. В 4-компонентных твёрдых растворах при изменении х, у изменяется параметр решётки а. Поэтому условие изопериодичности с подложкой выполняется лишь в ограниченной области х, у. Тем самым спектральный диапазон приборов на Г. с 4-компонентными твёрдыми растворами уже, чем при полном наборе х и у.

1119923-179.jpg

Рис. 4. Диаграмма 1119923-180.jpg - параметр решетки а для полупроводниковых соединений и твёрдых растворов AIIIBV.


Для получения Г. применяются 3 метода: жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ), хим. осаждение из газовой фазы (ХОГФ) и молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ). В наиб. широко используемом методе ЖФЭ осаждение эпитаксиального слоя происходит из раствора-расплава, к-рый находится в контакте с поверхностью подложки (для AIIIBV растворитель чаще всего элемент III группы). Метод ХОГФ применяется в основном для выращивания эпитаксиальных Г. на основе полупроводников AIIIBV. В методе МПЭ эпитаксиальные слои выращиваются осаждением на подложке атомов и молекул, потоки к-рых формируются в сверхвысоком вакууме.

Литература по гетероструктурам

  1. Алферов Ж. И., Гетеропереходы в полупроводниках и приборы на их основе, в кн.: Наука и человечество, M., [1975];
  2. Андреев В. M., Долгинов Л. M., Третьяков Д. H., Жидкостная эпитаксия в технологии полупроводниковых приборов, M., 1975;
  3. Кейси X., Паниш M., Лазеры на гетероструктурах, пер. с англ., т. 1-2, M., 1981.

Ж. И. Алферов, С. А. Гуревич, В. И. Корольков.

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 20.09.2019 - 04:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
18.09.2019 - 12:08: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
18.09.2019 - 06:01: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Л.Г. Ивашова - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:51: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ФАЛЬСИФИКАЦИЯ ИСТОРИИ - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Тиртхи - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 18:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 03:11: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
14.09.2019 - 18:23: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
13.09.2019 - 09:08: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 17:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
08.09.2019 - 03:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 07:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution