Электронный учебно-методический комплекс Твердотельная электроника Приборы специального назначения

Скачать презентацию Электронный учебно-методический комплекс Твердотельная электроника Приборы специального назначения Скачать презентацию Электронный учебно-методический комплекс Твердотельная электроника Приборы специального назначения

11_spetspribory.ppt

  • Размер: 18.1 Мб
  • Автор:
  • Количество слайдов: 156

Описание презентации Электронный учебно-методический комплекс Твердотельная электроника Приборы специального назначения по слайдам

Электронный учебно-методический комплекс Твердотельная электроника Приборы специального назначения МОСКВА    2011 Электронный учебно-методический комплекс Твердотельная электроника Приборы специального назначения МОСКВА 2011 НИУ «МЭИ» Презентации к лекционному курсу

Спонтанные  (а) и вынужденные (б, в) переходы Спонтанные (а) и вынужденные (б, в) переходы

Принцип работы СФР Принцип работы СФР

Процесс релаксации избыточной энергии электрона в зоне проводимости  время максвелловской релаксации  Процесс релаксации избыточной энергии электрона в зоне проводимости время максвелловской релаксации

 000 00 pnpn pn pnqpnq ppnnq n. Gn p. Gp эффф. АNG 000 00 pnpn pn pnqpnq ppnnq n. Gn p. Gp эффф. АNG d k. T hc c d. ТNФ 1 exp 1 2,

Поглощение светаd. Iexp 0 Поглощение светаd. Iexp

Поглощение света Поглощение света

Коэффициент поглощения для Ge ,  Si и Ga. As Коэффициент поглощения для Ge , Si и Ga. As

К понятию квазиуровня Ферми К понятию квазиуровня Ферми

Виды переходов Виды переходов

 • СФР - прибор для регистрации электро-магнитного излучения, принцип действия которого основан на • СФР — прибор для регистрации электро-магнитного излучения, принцип действия которого основан на изменении сопротивления за счет возбуждения электронов и дырок при поглощении квантов света с энергией большей или равной ширине запрещенной зоны

 • Простейший ФР представляет собой тонкий слой однородного полупроводникового материала, заключенный между двумя • Простейший ФР представляет собой тонкий слой однородного полупроводникового материала, заключенный между двумя металлическими невыпрямляющими электродами, являющимися выводами прибора.

 • СФР является пассивным элементом, т. е.  для его работы необходима батарея • СФР является пассивным элементом, т. е. для его работы необходима батарея питания U 0. Изменение проводимости СФР фиксируется как изменение напряжения (тока) на нагрузочном сопротивлении ( Rн ), включенном последовательно с ФП. Rн обычно выбирается равным или большим, чем темновое сопротивление ФР

Фотодиоды  Фотодиоды

Фотодиоды АNq. I фф . 1 exp 00    T см sФотодиоды АNq. I фф . 1 exp 00 T см s T см p np n pn V J V L p. D L n. D qj Формула Шокли. sф III

ВАХ фотодиода сh. NФ ф фэ  ВАХ фотодиода сh. NФ ф фэ

Существует три режима работы фотодиода:  • фотодиодный (фотогальванический) режим – III квадрант; Существует три режима работы фотодиода: • фотодиодный (фотогальванический) режим – III квадрант; • фотовольтаический (вентильный) режим – IV квадрант; • режим лавинного счетчика фотонов.

 • Поглощение в различных областях  • Поглощение в различных областях

 • Частотные характеристики фотодиода определяются двумя составляющими:  временем диффузии носителей до ОПЗ • Частотные характеристики фотодиода определяются двумя составляющими: временем диффузии носителей до ОПЗ ( ) и временем пролета через ОПЗ ( ). дt It ннд. Dxt 2 2 max i. I wt

Структура рiп- фотодиода Структура рiп- фотодиода

 • Эти фотодиоды находят широкое применение в линиях оптической связи, так как их • Эти фотодиоды находят широкое применение в линиях оптической связи, так как их время фотоответа составляет 10 -8 … 10 -10 с, и оптронах, то есть приборах, совмещающих источник и приемник излучения.

Лавинные фотодиоды (ЛФД)  • это прибор, принцип действия которого основан на лавинном умноженииЛавинные фотодиоды (ЛФД) • это прибор, принцип действия которого основан на лавинном умножении фототока. Он работают при высоких обратных смещениях, близких к напряжению лавинного умножения.

Лавинный фотодиод Лавинный фотодиод

 • ЛФД изготовляют с pin - структурой, на основе гетероструктур (варизонной структурой, т. • ЛФД изготовляют с pin — структурой, на основе гетероструктур (варизонной структурой, т. е. структурой с плавным изменением химического состава полупроводника), а также на основе барьера Шоттки. ЛФД с варизонной структурой обладают лучшей стабильностью коэффициента умножения при флуктуациях приложенного напряжения

Разрез эпитаксиального ЛФД с п + -р-π-р + - структурой: 1 - антиотражающее покрытие;Разрез эпитаксиального ЛФД с п + -р-π-р + — структурой: 1 — антиотражающее покрытие; 2 – эпитаксиальная π -область (ρ> 300 Ом см); 3 — ∙ р + -подложка

Планарный (а) и мезапланарный (б) ЛФД с двумя эпитаксиальными слоями (р=π) Планарный (а) и мезапланарный (б) ЛФД с двумя эпитаксиальными слоями (р=π)

Фотодиоды на основе барьеров Шоттки Фотодиоды на основе барьеров Шоттки

Фотодиод Шоттки Au - n - Ga. P Фотодиод Шоттки Ga. P Фотодиод Шоттки Au — n — Ga. P Фотодиод Шоттки Ga. P

ПРИБОРЫ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ (ПЗС)  ПРИБОРЫ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ (ПЗС)

Структура металл-диэлектрик-полупроводник 2 0 2 d dx  2 2 0 Sid dx Структура металл-диэлектрик-полупроводник 2 0 2 d dx 2 2 0 Sid dx

Структура металл-диэлектрик-полупроводник •       – для окисного слоя; Структура металл-диэлектрик-полупроводник • – для окисного слоя; • – для Si , 2 0 2 d dx 0 xxd 2 2 0 Sid dx 20 / Si. O ох об C d Aq N 2 2 0 0 A Si Si q Nd dx Si o d d C x

Структура металл-диэлектрик-полупроводник 2 0 , 0 2 A d d Si q N xСтруктура металл-диэлектрик-полупроводник 2 0 , 0 2 A d d Si q N x x 2 02 S A пов d Si q N x 2 S B ln A B i Nk T q n 0 exps s Tn n

Структура металл-диэлектрик-полупроводник 04 ( 2 ) 2 Si A пор з B B oxСтруктура металл-диэлектрик-полупроводник 04 ( 2 ) 2 Si A пор з B B ox q N U U

Заряды в окисле  Заряды в окисле

ПЗС с поверхностным каналом (ПК)  ПЗС с поверхностным каналом (ПК)

ПЗС ПЗС

Формирователи видео сигналов (ФВС) Тнакопл Тперед. Ф 1 Ф 2 Выходной сигнал Формирователи видео сигналов (ФВС) Тнакопл Тперед. Ф 1 Ф 2 Выходной сигнал

Перенос заряда  xур.  элект - ронов t0 t  0 t0 x=LПеренос заряда xур. элект — ронов t 0 t 0 x txn C q x tx tx. E ох S пов ), (

Эффективность переноса )0( )( 1 )0( )()0( N TNN  Неэффективность переноса  )0(Эффективность переноса )0( )( 1 )0( )()0( N TNN Неэффективность переноса )0( )( 1 0 0 N TN t. T t

Темновой ток ic a i n n d c i dn. Sq N nТемновой ток ic a i n n d c i dn. Sq N n L Dq x nq j

Структуры ПЗС Структуры ПЗС

ПЗС с объемным каналом ПЗС с объемным каналом

Функционирование ПЗС с обедненным каналом Функционирование ПЗС с обедненным каналом

U 3=0 n-n/np-n/n. Si мет dsh состояние плоских зон U 3=0 n-n/np-n/n. Si мет dsh состояние «плоских зон»

После удаления заряда из канала переноса После удаления заряда из канала переноса

 Полупроводниковые источники оптического излучения  Полупроводниковые источники оптического излучения

 • Для излучения фотонов и их последующего вывода из полупроводникового материала необходимо, чтобы • Для излучения фотонов и их последующего вывода из полупроводникового материала необходимо, чтобы энергия излучаемых фотонов была слишком мала для их последующего поглощения в материале

Межзонная рекомбинация  • излучательная , поскольку энергия,  выделяемая при рекомбинации каждой парыМежзонная рекомбинация • излучательная , поскольку энергия, выделяемая при рекомбинации каждой пары излучается в виде фотона с энергией • скорость излучательной рекомбинации пропорциональна произведению концентраций электронов и дырокgvc. EEEh. E pn. R

Инверсная населенность • Это соответствует вырожденному состоянию в полупроводнике. При этом лазерном условии достигаетсяИнверсная населенность • Это соответствует вырожденному состоянию в полупроводнике. При этом лазерном условии достигается инверсная населенность , при которой ни одно состояние, участвующее в процессе излучения не может участвовать в поглощении. 2 i npn

Накачка  • то есть создание неравновесного возбужденного состояния с инверсной населенностью уровней можноНакачка • то есть создание неравновесного возбужденного состояния с инверсной населенностью уровней можно осуществить инжекцией носителей.

Энергетические диаграммы и распределение носителей заряда по энергиям Энергетические диаграммы и распределение носителей заряда по энергиям

Спонтанные и вынужденные  переходы  • Различают также спонтанные  (самопроизвольные) и вынужденныеСпонтанные и вынужденные переходы • Различают также спонтанные (самопроизвольные) и вынужденные переходы. Вынужденные переходы с излучением с уровня E 2 на уровень E 1 происходят под действием фотонов с энергией 12 EEh

Спонтанная рекомбинация  • Спонтанная рекомбинация генерирует фотоны, распространяющиеся в произвольном направлении и имеющиеСпонтанная рекомбинация • Спонтанная рекомбинация генерирует фотоны, распространяющиеся в произвольном направлении и имеющие произвольные фазы

Вынужденная рекомбинация  • При вынужденной рекомбинации генерируются фотоны, имеющие ту же частоту, направлениеВынужденная рекомбинация • При вынужденной рекомбинации генерируются фотоны, имеющие ту же частоту, направление распространения и фазу, что и фотон, индуцирующий рекомбинацию

Спонтанные и вынужденные  переходы • В состоянии равновесия имеет место преимущественно спонтанная рекомбинация,Спонтанные и вынужденные переходы • В состоянии равновесия имеет место преимущественно спонтанная рекомбинация, когда же система выходит из равновесия, увеличивается плотность электронов в верхнем состоянии, растет скорость вынужденной рекомбинации

Светодиоды и полупроводниковые лазеры  • принадлежат к классу люминесцентных приборов.  • Светодиоды и полупроводниковые лазеры • принадлежат к классу люминесцентных приборов. • Люминесценцией называется оптическое излучение, возникающее в результате электронного возбуждения материала.

Инжекционная электролюминесценция  • В зависимости от источника энергии возбуждения выделяют несколько видов люминесценции,Инжекционная электролюминесценция • В зависимости от источника энергии возбуждения выделяют несколько видов люминесценции, мы будем рассматривать инжекционную электролюминесценцию, которая представляет собой оптическое излучение, возникающее при инжекции неосновных носителей при прямом смещении pn -переходов, так как в этом случае электрическая энергия непосредственно преобразуется в фотоны

Инжекционная электролюминесценция • Эффективным с точки зрения люминесценции является такой материал, в котором излучательныеИнжекционная электролюминесценция • Эффективным с точки зрения люминесценции является такой материал, в котором излучательные переходы превалируют над безизлучательными

Эффективность люминесценции  • определяется как отношение числа возбужденных носителей, дающих вклад в излучение,Эффективность люминесценции • определяется как отношение числа возбужденных носителей, дающих вклад в излучение, к полному числу носителей, участвующих в рекомбинации можно определить следующим образом: • Из (6. 8) следует, что для обеспечения высокой квантовой эффективности времена жизни излучательной рекомбинации должно быть мало. ибибиполиq. RR/

Эффективность люминесценции • Наиболее вероятны излучательные переходы у материалов прямозонных полупроводников группы А IIIBV.Эффективность люминесценции • Наиболее вероятны излучательные переходы у материалов прямозонных полупроводников группы А IIIBV. Для индикаторных устройств используют широкозонные полупроводники с Eg >1, 7 э. В.

Светодиоды –  • это полупроводниковый прибор, с гомо- или гетеро- pn - переходом,Светодиоды – • это полупроводниковый прибор, с гомо- или гетеро- pn — переходом, вблизи которого возникает люминесценция при включении прибора в прямом направлении

Достоинства светодиодов:  • высокое быстродействие и легкость амплитудной модуляции в широком частотном интервале;Достоинства светодиодов: • высокое быстродействие и легкость амплитудной модуляции в широком частотном интервале; миниатюрные размеры, позволяющие изготовлять на их основе интегральные излучающие матрицы; широкая возможность выбора материала излучателя для спектрального согласования с фотоприемником при конструировании оптопар.

Спектральная характеристика излучения светодиода  • при межзонных переходах представляет собой линию полушириной k.Спектральная характеристика излучения светодиода • при межзонных переходах представляет собой линию полушириной k. T и центрированную при значении g. Eh

Излучательная рекомбинация, обусловленная межзонными электронными переходами Излучательная рекомбинация, обусловленная межзонными электронными переходами

 • Фотоны, генерируемые в области перехода,  испускаются во всех направлениях, однако наблюдателя • Фотоны, генерируемые в области перехода, испускаются во всех направлениях, однако наблюдателя достигает лишь та часть, которая проходит через поверхность полупроводника

Внутренний квантовый выход  • равен отношению количества излученных фотонов на единицу площади pnВнутренний квантовый выход • равен отношению количества излученных фотонов на единицу площади pn — перехода к количеству инжектированных носителей заряда через pn — переход в единицу времени и равно отношению полного времени жизни носителей, определяемого излучательной и безизлучательной рекомбинацией к излучательному времени жизни носителей заряда: , intpnnpиnинжф. NN

Коэффициент инжекции электронов в p –область  • Светодиоды конструируют таким образом, чтобы былаКоэффициент инжекции электронов в p –область • Светодиоды конструируют таким образом, чтобы была преимущественная инжекция носителей одного знака и, следовательно, излучательная рекомбинация в одной из областей pn -перехода. Для этого эмиттерную область сильно легируют, вплоть до вырождения, однако при этом возрастает вероятность туннельного тока , тунgrpnnn. JJJJJ

Коэффициент инжекции электронов в p –область • Другим способом повышения коэффициента инжекции является применениеКоэффициент инжекции электронов в p –область • Другим способом повышения коэффициента инжекции является применение гетероперехода. Если использовать узкозонный материал p или n -типа ( Ga. As ) и широкозонный материал ( Ga. Al. As ), инжекция электронов из широкозонного полупроводника будет происходить значительно легче, чем из узкозонного

Эффект «сверхинжекции» в n р -гетеропереходе Эффект «сверхинжекции» в n р -гетеропереходе

Энергетическая диаграмма гетероперехода р - Ga. As - Ga 1 -х Al х AsЭнергетическая диаграмма гетероперехода р — Ga. As — Ga 1 -х Al х As

Энергетические диаграммы гетероструктуры ( n -Al x 1 Ga 1– x 1 As) –Энергетические диаграммы гетероструктуры ( n -Al x 1 Ga 1– x 1 As) – ( р -Ga. As) – ( р + Al x 2 Ga 1– x 2 As)

Энергетическая диаграмма на Ga. N-гетероструктурах Энергетическая диаграмма на Ga. N-гетероструктурах

Внешний  квантовый выход  • есть отношение количества фотонов,  излученных в единицуВнешний квантовый выход • есть отношение количества фотонов, излученных в единицу времени во внешнюю среду к количеству носителей, прошедших через pn — переход, будет обусловлено поглощением в материале светодиода и потерями за счет отражения при выходе света через границу полупроводник – внешняя среда. ГTextint

Коэффициент выхода света Г  • оптимизируют путем использования просветляющих покрытий и подбором формыКоэффициент выхода света Г • оптимизируют путем использования просветляющих покрытий и подбором формы той области кристалла, через которую излучение выводится во внешнюю среду. При этом наибольшее значение Г наблюдается для сферической конфигурации светодиода

21 nnnп 412 mdn nп 21 nnnп 412 mdn nп

Излучающий элемент СД плоской конструкции (а) и с мезаструктурой (б)  Излучающий элемент СД плоской конструкции (а) и с мезаструктурой (б)

Один из первых образцов с решеткой 8 х8 светодиодов  (фото Nature Materials) Один из первых образцов с решеткой 8 х8 светодиодов (фото Nature Materials)

Полупроводниковые лазеры  Полупроводниковые лазеры

Слово «лазер» ( LASER ) — аббревиатура английского выражения L i ght Amplification byСлово «лазер» ( LASER ) — аббревиатура английского выражения L i ght Amplification by Stimulated Emission of Radiation , которое переводится как «усиление света вынужденным излучением» . • Идея применения полупроводников для генерации излучения была сформулирована Басовым Н. Г. , Вулом Б. М. , Поповым Ю. М. (Физический институт АН СССР). • Первый полупроводниковый лазер был создан в 1960 г.

Первый инжекционный лазер был сделан в 1962 г.  одновременно в СССР (Басов Н.Первый инжекционный лазер был сделан в 1962 г. одновременно в СССР (Басов Н. Г. , Богданкевич О. В. – ФИАН и Наследов Д. Н. и др. , Физтех, Ленинград) и в США (Р. Холл, М. Натан). Первые лазеры, выполненные на гомопереходах, обладали слишком высокой плотностью порогового тока (более 5·108 А/м 2) и работали только в импульсном режиме при охлаждении до температуры жидкого азота (77 К).

К достоинствам полупроводниковых лазеров относятся:  • Компактность (малые размеры).  • Сравнительно малаяК достоинствам полупроводниковых лазеров относятся: • Компактность (малые размеры). • Сравнительно малая инерционность (10– 10– 9 с. • Высокий КПД: высокая эффективность преобразования подводимой энергии в энергию когерентного излучения. • Широкий диапазон длин волн генерации (0, 32 – 3, 5 мкм) обусловлен использованием полупроводников с различной шириной запрещенной зоны (тройные и четверные соединения.

Диапазон длин волн, охватываемый диодными лазерами Диапазон длин волн, охватываемый диодными лазерами

 • В отличие от светодиодов, в полупроводниковых лазерах преобладает вынужденное излучение. При выполнении • В отличие от светодиодов, в полупроводниковых лазерах преобладает вынужденное излучение. При выполнении лазерного условия необходимо также добиться накачки лазера, то есть определенной плотности тока Jt , называемой пороговой, когда возрастание интенсивности излучения в максимуме спектра будет больше потерь.

Ватт-амперная характеристика лазерного диода Ватт-амперная характеристика лазерного диода

 • При плотности тока ниже Jt преобладают спонтанные переходы, при плотности тока выше • При плотности тока ниже Jt преобладают спонтанные переходы, при плотности тока выше Jt – вынужденные, причем интенсивность излучения резко возрастает. Для того чтобы получить лазерное излучение в виде направленного пучка необходимо добиться когерентности излучения.

Изменение спектра излучения полупроводникового лазера при увеличении тока выше порогового Изменение спектра излучения полупроводникового лазера при увеличении тока выше порогового

Резонатор • Для получения когерентности излучения используют резонатор , который поддерживает рост колебаний определеннойРезонатор • Для получения когерентности излучения используют резонатор , который поддерживает рост колебаний определенной частоты и фазы. В простейшем случае резонатор Фабри-Перо представляет собой две зеркальные грани кристалла, перпендикулярные плоскости pn — перехода.

Резонатор Фабри-Перо Резонатор Фабри-Перо

Резонатор • Излучение, распространяющееся перпендикулярно этой паре граней образует в резонаторе стоячие волны, когдаРезонатор • Излучение, распространяющееся перпендикулярно этой паре граней образует в резонаторе стоячие волны, когда на длине резонатора укладывается целое число полуволн излучения. Две другие плоскости, также перпендикулярные pn -переходу, обрабатывают грубо, чтобы устранить от них отражение.

Схематическое изображение некоторых простых типов колебаний, образующих стоячие волны Схематическое изображение некоторых простых типов колебаний, образующих стоячие волны

Сравнение формы спектральной линии со спектром собственных частот оптического резонатора Сравнение формы спектральной линии со спектром собственных частот оптического резонатора

Резонатор •  Для предотвращения попадания излучения в квазинейтральные области активная область лазера, вРезонатор • Для предотвращения попадания излучения в квазинейтральные области активная область лазера, в которой происходит вынужденная излучательная рекомбинация, имеет более высокий показатель преломления, чтобы излучение за счет полного внутреннего отражения не выходило за пределы активной области, а вызывало бы вновь вынужденное излучение, то есть вынужденное сверхсвечение

 • Таким образом, полупроводниковые лазеры испускают вынужденное излучение, когерентное в пространстве и во • Таким образом, полупроводниковые лазеры испускают вынужденное излучение, когерентное в пространстве и во времени, совпадающее с вызвавшими его фотонами. Излучение лазера высокомонохроматично (имеет узкую полосу спектра) и создает строго направленный луч света. Особенностями полупроводникового лазера по сравнению с другими квантовыми генераторами (газовыми и твердотельными) являются малая длина резонатора и малый объем активной области

 • Инжекционные лазеры на основе гомогенных pn -переходов имеют высокое значение плотности порогового • Инжекционные лазеры на основе гомогенных pn -переходов имеют высокое значение плотности порогового тока jt , сильно зависящую от температуры. Это связано с тем, что для достижения инверсной населенности полупроводник необходимо легировать до вырождения. Однако в результате сильного легирования в материале появляется большое количество дефектов, которые служат центрами безизлучательной рекомбинации

 • Для компенсации потерь излучения необходимо увеличивать уровень инжекции и прямой ток. Это • Для компенсации потерь излучения необходимо увеличивать уровень инжекции и прямой ток. Это в свою очередь приводит к выделению в полупроводнике большого количества тепла, поэтому такие приборы работают преимущественно в импульсном режиме при низкой температуре

Гетероструктуры  • Успехи в технике эпитаксиального наращивания пленок полупроводников позволили изготовить гетероструктуры, вГетероструктуры • Успехи в технике эпитаксиального наращивания пленок полупроводников позволили изготовить гетероструктуры, в которых недостатки гомопереходов были в значительной степени устранены. Впервые лазеры на основе таких структур были изготовлены сотрудниками ФТИ АН им. А. Ф. Иоффе под руководством Ж. И. Алферова

Схема гетероперехода р - Ga. As - Ga 1 -х Al х As Схема гетероперехода р — Ga. As — Ga 1 -х Al х As

Суперинжекция • Инжекция ведется в средний слой, там же происходит рекомбинация. Инверсная населенность образуетсяСуперинжекция • Инжекция ведется в средний слой, там же происходит рекомбинация. Инверсная населенность образуется за счет двойной инжекции: слева инжектируются электроны, справа – дырки, при этом может наблюдаться явление суперинжекции , когда носителей в средней области (базе) становится много больше, чем в эмиттерах

 • В гетеропереходах области инверсной населенности и рекомбинации практически совпадают. Можно снизить уровень • В гетеропереходах области инверсной населенности и рекомбинации практически совпадают. Можно снизить уровень легирования базы, что уменьшает количество дефектов, а, следовательно, и количество центров безизлучательной рекомбинации.

Оптическое ограничение • Если подобрать полупроводники таким образом, чтобы базовый слой имел коэффициент преломленияОптическое ограничение • Если подобрать полупроводники таким образом, чтобы базовый слой имел коэффициент преломления больше, чем у левого и правого слоя, излучение в нем будет распространяться как в волноводе за счет внутреннего отражения от эмиттерных областей. Такое явление называется оптическим ограничением

Структура энергетических зон гетероперехода Структура энергетических зон гетероперехода

Структура полупроводникового лазера Структура полупроводникового лазера

Гетеропереходы Гетеропереходы

Жор с Алфёровее Герберт Крёмер  Жор с Алфёровее Герберт Крёмер

Основные понятия • Гетеропереходом называют контакт двух полупроводников различного вида и разного типа проводимости,Основные понятия • Гетеропереходом называют контакт двух полупроводников различного вида и разного типа проводимости, например, p Ge ‒ n Ga. As. Отличие гетеропереходов от обычного p-n ‒перехода заключается в том, что в обычных p-n ‒переходах используется один и тот же вид полупроводника, например, p Si‒ n Si. Поскольку в гетеропереходах используются разные материалы, необходимо, чтобы у этих материалов с высокой точностью совпадали два параметра: температурный коэффициент расширения (ТКР) и постоянная решетки

Основные понятия • С учетом сказанного количество материалов для гетеропереходов ограничено. Наиболее распространенными изОсновные понятия • С учетом сказанного количество материалов для гетеропереходов ограничено. Наиболее распространенными из них являются германий Ge, арсенид галлия Ga. As, фосфид индия In. P, четырехкомпонентный раствор In. Ga. As. P

Зонные диаграммы гетеропереходов при различных комбинациях Eg и χ в случае равенства термодинамических работЗонные диаграммы гетеропереходов при различных комбинациях Eg и χ в случае равенства термодинамических работ выхода Ф 1 = Ф

Контакт германий p Ge и арсенид галлия n Ga. As • Приведем в контактКонтакт германий p Ge и арсенид галлия n Ga. As • Приведем в контакт германий p Ge и арсенид галлия n Ga. As. • При построении зонной диаграммы гетероперехода учтем следующие факторы: • 1. Уровень вакуума Е =0 непрерывен. • 2. Электронное сродство в пределах одного сорта полупроводника χGe и χGa. As постоянно. • 3. Ширина запрещенной зоны Eg в пределах одного сорта полупроводника остается постоянной.

Контакт германий p Ge и арсенид галлия n Ga. As • С учетом этогоКонтакт германий p Ge и арсенид галлия n Ga. As • С учетом этого в процессе построения зонной диаграммы гетероперехода при сращивании дна зоны проводимости EC этих полупроводников на металлургической границе перехода на зонной диаграмме образуется «пичок». Величина «пичка» Δ EC равна:

Контакт германий p Ge и арсенид галлия n Ga. As • При сшивании вершиныКонтакт германий p Ge и арсенид галлия n Ga. As • При сшивании вершины валентной зоны ЕV в области металлургического перехода получается разрыв Δ EV. Величина «разрыва» равна: • Из приведенных соотношений следует, что суммарная величина «пичка» Δ EC и «разрыва» Δ EV составляет

Зонная диаграмма гетероперехода p Ge - n Ga. As в равновесных условиях  Зонная диаграмма гетероперехода p Ge — n Ga. As в равновесных условиях

Зонная диаграмма гетероперехода n Ge - p Ga. As в равновесных условиях  Зонная диаграмма гетероперехода n Ge — p Ga. As в равновесных условиях

Зонные диаграммы для различных типов гетеропереходов при условии, что термодинамическая работа выхода Ф 1Зонные диаграммы для различных типов гетеропереходов при условии, что термодинамическая работа выхода Ф 1 < Ф

Распределение электрического поля и потенциала в области пространственного заряда для гетероперехода  Распределение электрического поля и потенциала в области пространственного заряда для гетероперехода

Ширина области пространственного заряда гетероперехода W  Ширина области пространственного заряда гетероперехода W

Распределение электрического поля и потенциала в области пространственного заряда гетероперехода n Ge - pРаспределение электрического поля и потенциала в области пространственного заряда гетероперехода n Ge — p Ga. As

Распределение электрического поля • Скачок электрического поля в гетеропереходе на металлургической границе обусловлен различнымиРаспределение электрического поля • Скачок электрического поля в гетеропереходе на металлургической границе обусловлен различными значениями диэлектрических постоянных ε 1 и ε 2.

 • Рассмотрим зонную диаграмму гетероперехода приложении внешнего напряжения V. Как и в случае • Рассмотрим зонную диаграмму гетероперехода приложении внешнего напряжения V. Как и в случае p-n ‒перехода, знак напряжения будет определяться знаком приложенного напряжения на p -область гетероперехода.

Зонные диаграммы гетероперехода n. Ge - p. Ga. As при положительном V  0Зонные диаграммы гетероперехода n. Ge — p. Ga. As при положительном V > 0 и отрицательном V < 0 Пунктиром изображены энергетические уровни в равновесных условиях V =

Вольт-амперные характеристики гетероперехода  • Расчет вольт-амперных характеристик гетероперехода проводится исходя из баланса токовВольт-амперные характеристики гетероперехода • Расчет вольт-амперных характеристик гетероперехода проводится исходя из баланса токов термоэлектронной эмиссии. Используя тот же самый подход, для вольт-амперной характеристики гетероперехода получаем следующую зависимость

ВАХ при прямом смещении  • Поскольку арсенид галлия ‒ более широкозонный полупроводник, чемВАХ при прямом смещении • Поскольку арсенид галлия ‒ более широкозонный полупроводник, чем германий, то собственная концентрация в арсениде галлия ( ni 2) будет много меньше, чем в германии ( ni 1), следовательно, дырочная компонента Jp инжекционного тока будет много меньше, чем электронная компонента Jn

Потенциальная яма в гетеропереходах Потенциальная яма в гетеропереходах

Потенциальная яма в гетеропереходах • На зонной диаграмме гетеропереходов видно, что в области пичкаПотенциальная яма в гетеропереходах • На зонной диаграмме гетеропереходов видно, что в области «пичка» для электронов или дырок реализуется потенциальная яма. Расчеты электрического поля в этой области показывают, что его значение достигает величины E ~ 106 В/см. В этом случае электронный газ локализован в узкой пространственной области вблизи металлургической границы гетероперехода

Двумерный электронный газ • Для описания такого состояния используют представление о двумерном электронном газе.Двумерный электронный газ • Для описания такого состояния используют представление о двумерном электронном газе. • Для двумерного электронного газа меняется плотность квантовых состояний в разрешенных зонах, спектр акустических и оптических фононов, а, следовательно, кинетические явления в двумерных системах (подвижность носителей, магнетосопротивление и эффект Холла).

Двумерный электронный газ • Самое важное состоит вот в чем: разрывы энергии уровней зоныДвумерный электронный газ • Самое важное состоит вот в чем: разрывы энергии уровней зоны проводимости и валентной зоны представляют собой квантовые потенциальные барьеры для электронов и, соответственно, дырок

Квантовые ямы  • Формируемые квантовые ямы могут иметь отнюдь не только прямоугольную форму,Квантовые ямы • Формируемые квантовые ямы могут иметь отнюдь не только прямоугольную форму, плавным изменением состава (т. е. величины х в формуле вида Gax. Al 1 -x. As) можно получить, например, яму «пилообразного» вида

 • Могут быть сформированы структуры с практически любой наперед заданной вольт-амперной характеристикой и • Могут быть сформированы структуры с практически любой наперед заданной вольт-амперной характеристикой и любыми, необходимыми на практике, электронными свойствами. Работы по созданию гетероструктур принесли Нобелевскую премию по физике 2000 года Жоресу Ивановичу Алферову (Россия) и Герберту Кремеру (Германия) «за разработку полупроводниковых гетероструктур, используемых в высокоскоростной оптоэлектронике»

Лазеры с квантово-размерными слоями  Лазеры с квантово-размерными слоями

Потенциальная прямоугольная яма конечной глубины   ax. U ax x. U , 0,Потенциальная прямоугольная яма конечной глубины ax. U ax x. U , 0,

Потенциальная прямоугольная яма конечной глубины0)( 2)( 3, 102 0 2 3, 1 2 Потенциальная прямоугольная яма конечной глубины0)( 2)( 3, 102 0 2 3, 1 2 x. ЕU m dx xd EU m k 02 0 1 2 0)()( 3, 12 1 2 3, 12 xk dx xd 0)( 22 0 2 2 2 x. Е m dx xd

Потенциальная прямоугольная яма конечной глубины . , )( ; 0, sin)( ; 0, exp)(Потенциальная прямоугольная яма конечной глубины . , )( ; 0, sin)( ; 0, exp)( 1 33 22 111 аxе. Bх axxk. Сx xxk. Ax хk

Потенциальная прямоугольная яма конечной глубины Потенциальная прямоугольная яма конечной глубины

 • При уменьшении толщины базы гетероструктур начинают наблюдаться квантово-размерные эффекты. Для этого толщина • При уменьшении толщины базы гетероструктур начинают наблюдаться квантово-размерные эффекты. Для этого толщина базы ( L ) должна стать соизмеримой с длиной волны де Бройля , то есть составлять десятки ангстрем ph. L БZ

Диаграмма энергетических уровней КРС на основе Alx. Ga 1–x. As / Ga. As /Диаграмма энергетических уровней КРС на основе Alx. Ga 1–x. As / Ga. As / Alx. Ga 1–x. As

Плотности состояний в зоне проводимости и валентной зоне однослойной КРС  2*2 2 dmn.Плотности состояний в зоне проводимости и валентной зоне однослойной КРС 2*2 2 dmn. Edn

Линейка полосковых лазеров Линейка полосковых лазеров

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!
РЕГИСТРАЦИЯ