рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Философия
/
Вид работы: Лекции
/
Фундаментальные явления.

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Фундаментальные явления.

Фундаментальные явления. - Лекция, раздел Философия, ЛЕКЦИЯ №1 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ Поведение Подвижных Носителей Заряда (Электронов И Дырок) В Наноразмерных Стр...

Поведение подвижных носителей заряда (электронов и дырок) в наноразмерных структурах определяют три группы фундаментальных явлений: квантовое ограничение, баллистический транспорт и квантовая интерференция, а также туннелирование. Все эти эффекты по своему происхождению представляют собой типичные квантово-механические явления.

Квантовое ограничение возникает, когда свободное движение электронов в одном из направлений оказывается ограниченным потенциальными барьерами, образующими наноструктуру, в которой эти элементы находятся. Оно изменяет спектр разрешенных энергетических состояний и влияет на перенос носителей заряда через наноструктуры. Транспорт носителей заряда может, в принципе, осуществляться как параллельно, так и перпендикулярно потенциальным барьерам. В случае движения носителей вдоль потенциальных барьеров доминирующими эффектами оказываются баллистический транспорт и квантовая интерференция. Прохождение же носителей заряда через потенциальные барьеры имеет место исключительно посредством их туннелирования, что и обеспечивает перенос носителей из одной области наноэлектронного прибора в другую. В данном курсе лекций будем рассматривать физическую природу и основные закономерности проявления перечисленных фундаментальных явлений.

Как известно, твердотельная микроэлектроника это область электроники, использующая приборы и устройства, размер активной области которых составляет единицы микрон (1 мкм = 10^-6 м = 10⁴ ). Энергетический спектр носителей заряда в таких приборах можно с высокой точностью считать непрерывным. Действительно расстояние между соседними энергетическими уровнями (энергия размерного квантования) DЕ имеет порядок ħ²/2т*а², где а — характерный размер области локализации носителей заряда, т* — их эффективная масса. Полагая, а = 1мкм, т* = 0,1 т₀, получим

мэВ.

Здесь Rу = ħ²/2т₀= 13,606 эВ — ридберг, а_в = 0, 529 — боровский радиус. Как видно, энергия размерного квантования в этих приборах много меньше средней тепловой энергии носителей заряда при комнатной температуре (kT ~ 25 мэВ). Таким образом, при описании физических явлений, связанных с транспортом носителей заряда в приборах микроэлектроники, таких, как диоды, транзисторы, интегральные микросхемы и т. п., можно ограничиться квазиклассическим приближением в физике твердого тела. Это приближение аналогично приближению геометрической оптики в волновой теории света. В этом приближении электроны и дырки можно рассматривать как классические частицы, имеющие непрерывный спектр энергий в соответствующих зонах и подчиняющиеся классическим уравнениям Ньютона.

В отличие от микроэлектроники, твердотельная наноэлектроника имеет дело со структурами, активная область которых имеет размеры порядка нескольких нанометров (1 нм = 10^-9 м = 10 ). Вследствие сильного пространственного ограничения носителей заряда в этих структурах (а ~ 1 нм), энергия размерного квантования имеет порядок DЕ ~ ħ²/2т*a² = 340 мэВ. Эта величина сравнима с шириной запрещенной зоны типичных полупроводников и на порядок превосходит тепловую энергию носителей заряда при комнатной температуре. Таким образом, в полупроводниковых наноструктурах эффекты размерного квантования будут играть существенную роль, определяя их основные электрофизические свойства. Определяемые из решения уравнения Шредингера энергетический спектр и волновые функции электронов и дырок позволяют провести детальный анализ оптических, кинетических и других явлений в этих структурах. В результате квантовая механика становится основным инструментом изучения физических процессов, происходящих в приборах наноэлектроники.

В настоящее время основу наноэлектроники составляют преимущественно приборы и устройства на основе полупроводниковых гетероструктур. Этому способствовали значительные успехи, достигнутые в последние годы в области технологии получения высококачественных полупроводниковых слоев, в частности, методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Поэтому основное внимание в настоящей главе будет уделено анализу квантово-размерных эффектов в полупроводниковых гетероструктурах. Большая часть расчетов будет выполнена с учетом сложного характера зонной структуры реальных полупроводников, а также с учётом спина и спин-орбитального взаимодействия.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

ЛЕКЦИЯ №1 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ... План лекции... Фундаментальные явления...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Фундаментальные явления.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Гетеропереходы первого и второго типов.
Рассмотрим одиночный гетеропереход между двумя полупроводниками A и B, имеющими в общем случае различную ширину запрещенной зоны

Энергетическая диаграмма одномерной сверхрешётки
Полупроводниковые квантово-размерные структуры на основе гетеропереходов принято различать по числу направлений, вдоль которых происходит ограничение движения носителей заряда (электронов или дырок

Рассеяние частиц на потенциальной ступеньке.
Проведем анализ системы, в которой частицы, испускаемые источником, удаленным на большое расстояние, рассеиваются на той или иной преграде, уходя после этого в бесконечность. Простейшей м

Потенциальный барьер конечной ширины.
В реальной физической ситуации мы всегда имеем дело с барьером конечной ширины. Найдем коэффициенты отражения и прохождения при движении частицы через прямоугольный потенциальный барьер ширины

Интерференционные эффекты при надбарьерном пролете частиц.
Рассмотрим особенности прохождения частицы над прямоугольным потенциальным барьером (рис. 1.2, а), когда E>U1, и E>U2. Сразу отметим, что надба

Частица в прямоугольной потенциальной яме.
При выращивании пленки узкозонного полупроводника между двумя слоями широкозонного материала может быть реализован потенциальный рельеф, показанный на рис. 1.4.

Особенности движения частиц над потенциальной ямой.
Мы рассмотрели случай, когда полная энергия частицы Е меньше высоты стенок потенциальной ямы (финитное движение). Здесь размерный эффект проявляется в квантовании энергии и волнового вектора

Движение частицы в сферически симметричной прямоугольной потенциальной яме.
Развитие нанотехнологии инициировало широкое исследование новых классов нанообъектов, в частности квантовых точек, в которых осуществляется пространственное ограничение носителей заряда в трех из

Энергетические состояния в прямоугольной квантовой яме с бесконечными стенками и дополнительным провалом.
Возможность получения слоев с произвольным профилем изменения состава позволила для улучшения характеристик приборов использовать структуры с КЯ сложной формы. Так, для создания нового поколения

Энергетическая диаграмма квантовой ямы с конечными стенками и дополнительным провалом.
В реальности мы имеем дело с потенциальными ямами, стенки которых имеют конечную высоту (см. рис. 1.9, а). Рассмотрим влияние конечной высоты стенок на разрешенные значения энергии основног

Структура со сдвоенной квантовой ямой. Энергетический спектр частицы в системе с δ-образным барьером.
Выше мы рассмотрели поведение частиц в системах, содержащих изолированные КЯ и потенциальные барьеры. Как уже отмечалось, накопленный к настоящему времени опыт и достижения техники для выращивани

Прохождение частицы через многобарьерные квантовые структуры.
При исследовании поведения частицы (электрона) в системах, содержащих изолированные КЯ и потенциальные барьеры, установлено, что при туннелировании через одиночный потенциальный барьер коэффициен

Электрон-фононное рассеяние.
Расчеты механизмов электрон-фононного рассеяния в низкоразмерных полупроводниковых структурах показывают, что они во многом схожи с процессами в объемных полупроводниках, например, такое рассеяни

Межподзонное рассеяние.
Рассмотрим двумерную электронную систему, локализованную в потенциальной яме, входящей в состав модулированно-легированной гетероструктуры или полевого МОП-транзистора. Очевидно, что при достаточн

Экспериментальные данные по продольному переносу
На рис. 6.2 представлены данные, иллюстрирующие прогресс, достигнутый в области повышения подвижности электронов при продольном переносе за последние двенадцать лет в наноструктурах на основе GаАs,

Продольный перенос горячих электронов
В некоторых типах полевых транзисторов и наноструктур кинетическая энергия электронов, ускоряемых электрическим полем, может становиться очень высокой и значительно превышать равновесную тепловую

Поперечный перенос в наноструктурах в электрическом поле.
В этом разделе мы рассмотрим движение носителей в направлении, перпендикулярном плоскостям потенциальных барьеров, разделяющих квантовые гетероструктуры. Такой вид переноса часто ассоциируется с

Резонансное туннелирование
Резонансное туннелирование (РТ) сквозь двойной потенциальный барьер является одним из явлений вертикального квантового переноса, уже нашедший широкое практическое применение в создании диодов и тр

Влияние поперечных электрических полей на свойства сверхрешеток
Ранее уже указывалось, что электронные состояния в сверхрешетках образуют электронные зоны или подзоны, которые гораздо уже, чем соответствующие зоны в обычных кристаллах. Малая ширина зон и энерг

Квантовый перенос в наноструктурах
Рассмотрим далее процессы квантового переноса, происходящие при протекании через наноструктуры тока от присоединенных к ним внешних источников. Такие процессы можно также назвать мезоскопическим

Квантовая проводимость. Формула Ландауэра.
Для самого простого описания эффектов квантовой проводимости удобно рассмотреть одномерную мезоскопическую полупроводниковую структуру, типа квантовой проволоки. Если такая проволока является дос

Формула Ландауэра — Бюттикера для квантового переноса в многозондовых структурах
Полученное в предыдущем разделе выражение (6.15), описывающее квантовый перенос в наноструктуре с двумя контактами, может быть обобщено на случай систем с большим числом контактов. Рассмотрим, на