Энергетическая диаграмма одномерной сверхрешётки - Лекция, раздел Философия, ЛЕКЦИЯ №1 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ Полупроводниковые Квантово-Размерные Структуры На Основе Гетеропереходов Прин...
Полупроводниковые квантово-размерные структуры на основе гетеропереходов принято различать по числу направлений, вдоль которых происходит ограничение движения носителей заряда (электронов или дырок). Если их движение ограничено вдоль одного из направлений, например, вдоль оси х1,то мы имеем дело с так называемой квантовой ямой. Для гетеропереходов 1-го типа такая структура изображена на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Энергетическая диаграмма структуры с одиночной квантовой ямой. ne,h1 = 1,2... — квантовые числа нумерующие уровни размерного квантования электронов и дырок. Заштрихованные области соответствуют областям непрерывных энергий.
Энергетический спектр носителей заряда в этом случае представляет собой двумерные подзоны:
,
где — энергия размерного квантования.
Если движение носителей заряда ограничено вдоль двух направлений, например, вдоль осей х1и х2,то мы имеем дело с квантовыми проволоками (нитями), помещенными в матрицу широкозонного материала. Энергетический спектр электронов и дырок в таких системах имеет вид одномерных подзон,
,
с энергией размерного квантования . И, наконец, ограничение движения по всем трем направлениям х1, х2 и х3 приводит к такому понятию как квантовая точка, помещенная в матрицу широкозонного материала. Энергетический спектр связанных состояний в квантовых точках является чисто дискретным .
Если квантовые ямы периодически продолжить вдоль направления, перпендикулярного интерфейсу, с периодом D, то мы приходим к новой квантово-размерной структуре — одномерной сверхрешетке (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Энергетическая диаграмма одномерной сверхрешетки. Заштрихованные области соответствуют разрешенным значениям энергий для электронов и дырок.
Наличие барьеров конечной высоты и протяженности дает возможность электронам и дыркам туннелировать из одной ямы в другую. В результате чего их дискретные уровни расщепляются в так называемые минизоны. Наличие трансляционной симметрии вдоль направления роста сверхрешетки (направление х1)приводит к появлению дополнительного непрерывного квантового числа — сверхрешетчатого волнового вектора К1(-p/D > K1 ³ p/D). Таким образом, энергетический спектр носителей заряда в одномерной сверхрешетке будет состоять из чередующихся полос разрешенных и запрещенных энергий:
.
Аналогичным образом могут быть созданы двумерные сверхрешетки из квантовых нитей и трехмерные сверхрешетки из квантовых точек. При определенных значениях параметров материалов возможна ситуация, когда один или оба носителя будут локализоваться в промежутках между нитями (антинити) или точками (антиточки), т. е. в матрице. Такие сверхрешетки можно назвать соответственно двумерными и трехмерными квантовыми сетями. В любом случае энергетический спектр носителей заряда в двумерных сверхрешетках будет определяться выражением
,
а в трехмерных — (K1, K2, K3). Здесь K — двумерный или трехмерный волновой вектор, характеризующий трансляционную симметрию соответствующих сверхрешеток.
Фундаментальные явления.
Поведение подвижных носителей заряда (электронов и дырок) в наноразмерных структурах определяют три группы фундаментальных явлений: квантовое ограничение, баллистический транспорт и квантовая интер
Гетеропереходы первого и второго типов.
Рассмотрим одиночный гетеропереход между двумя полупроводниками A и B, имеющими в общем случае различную ширину запрещенной зоны
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
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
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
,
— энергия размерного квантования.
,
. И, наконец, ограничение движения по всем трем направлениям х1, х2 и х3 приводит к такому понятию как квантовая точка, помещенная в матрицу широкозонного материала. Энергетический спектр связанных состояний в квантовых точках является чисто дискретным 
.
.
,
Новости и инфо для студентов