Зонная теория металлов, диэлектриков и полупроводников, страница 10

В гетеропереходах каждый из п/п может быть p-типа или n-типа. Таким образом, могут быть реализованы четыре комбинации. Если использовать для широкозонного материала обозначения буквой N или P,  а для узкозонного - n или p, то возможны следующие переходы с различными свойствами: n=N; p=P; n=P; p=N.

Кроме того, могут появиться различия, обусловленные разным электронным сродством.

Система электронных уровней в вдвух изолированных материалах, образующих гетеропереход, показана на рисунке.

Эта система соответствует свободным GaAs и GaAlAs (узкозонный), причем, материал с узкой зоной имеет большое электронной сродство, а различие диэлектрической проницаемости  мало, так как As присутствует в обоих п/п.

Для плоского гетероперехода, как и для гомоперехода, электростатический потенциал V(x) определяется одномерным уравнением Пуассона

,

где  - локальная концентрация зарядов,  - диэлектрическая проницаемость материала, x – координата, перпендикулярная переходу.

Электронное сродство п/п – это сродство его с металлом (степень сродства с металлом). Тот п/п у которого  (запрещенная зона) меньше, имеет большее электронное сродство.

Изменение градиента потенциала указывает на наличие нескомпенсированного заряда. Вакуумный уровень остается непрерывным, но внутри материала имеются изменения положения краев зон  и . В нашем примере (гетеропереход  и ) .

На рисунке представлена равновесная схема энергетических уровней идеального скачкообразного перехода между материалами, уровни которых изображены на предыдущем рисунке, когда оба п/п легированы до n – типа.

Разность потенциалов в переходе приводит к образованию обедненного слоя для электронов в области 2 и обогащенного слоя для электронов в области 1. Роль неосновных носителей (дырок) здесь незначительна. Потенциальный барьер для электронов дает увеличение неомической проводимости при низких напряжениях смещения.

Гетеропереходы n=N типа в системе GaAs – GaAlAs имеют омические характеристики (рисунок), но может наблюдаться и неомический характер ВАХ, но последний переход как правило оказывается нестабильным.

Омический характер ВАХ может объяснятся тем, что практически переход оказывается не скачкообразным, а имеет протяженность сравнимую с толщиной обогащенного или обедненного слоя. В таком случае всплеск потенциала не оказывает существенного влияния, а электроны и дырки свободно пересекают переход под действием приложенного напряжения. Необходимо отметить, однако, что точная структура гетероперехода очень сложна и не полностью изучена. Заметные напряжения в области перехода и рост концентрации ловушечных уровней возникает уже при рассогласовании решеток порядка 0,1%.

Полезные свойства гетеропереходов.

1.  Высокая эффективность инжекции. Основные носители стремятся покинуть узкозонный материал 1. Это приводит к уменьшению доли тока через переход, обусловленного неосновными носителями, инжектированными в материал 2. При отличии энергетических зазоров более чем на несколько кТ этот эффект гораздо существеннее, чем действие легирования, применяемое при построении гомопереходов.