Főmenü megnyitása

Heteroátmenet

két eltérő anyagú félvezető tartomány határfelülete
Egy lehetséges heteroátmenet sávdiagramja

A félvezetők fizikájában heteroátmenetnek nevezik azt az anyagi tartományt, mely két összeérintett, különböző sávszerkezeti jellemzőkkel bíró félvezető anyag határfelületén alakul ki. Heteroátmenetet képezhetnek különböző típusú félvezetők (pl. p-n átmenet), de akár azonos típusúak is. Például két n-típusú, de különböző anyagú, emiatt eltérő tiltott sávú félvezető határfelülete is alkothat heteroátmenetet.

Az átmenet fontos jellemzője, hogy a két félvezetőnek egymáshoz képest milyen a tiltott sávja, és azon belül hol található a Fermi-szint, ugyanis ez alapvetően befolyásolja a vezetési sávok és a vegyértéksávok kölcsönös helyzetét, és ennek következtében a heteroátmeneten alapuló félvezető eszköz viselkedését.

A 2000-es Fizikai Nobel-díjat Herbert Kroemer és Zhores I. Alferov kapta „a nagysebességű és optoelektronikában alkalmazott félvezető heteroszerkezetek kifejlesztéséért”.[1]

ElőállításaSzerkesztés

Különböző típusú félvezető rétegeket vékonyréteg-leválasztási eljárással, például molekulasugaras epitaxiával (MBE), atomi rétegleválasztással (ALD), vagy kémiai gőzfázisú leválasztással (CVD) lehet kialakítani. Gyakori elvárás egy heteroátmenetnél, hogy a két kristályos anyagi tartomány kötéshelyesen találkozzon, mely a rácsok rácsparamétereinek illesztésével idézhető elő. Erre jellemzően az epitaxiális rétegleválasztási módszerek alkalmazhatók.

Fizikai leírásaSzerkesztés

 
A heteroátmenet három alaptípusa aszerint, hogy a két különböző tiltott sávú félvezető tartomány sávjainak energiaszintjei között milyen különbségek alakulnak ki egyensúlyban

A heteroátmenetben kialakuló sávjellemzőket az szabja meg, hogy a két összeérintett félvezetőnek eredetileg milyen volt a sávszerkezete, illetve hogy jellemzőik egymáshoz hogyan viszonyulnak. Amikor kontaktusba hozzák a félvezetőket, azok kémiai potenciálja kiegyenlítődik. A heteroátmenetek három alaptípusát aszerint különböztetik meg, hogy a két félvezető Fermi-szintje milyen módon viszonyul a sávélekhez:

  • Az egyik félvezető tiltott sávját a másiké teljesen fedheti.
  • A két félvezető tiltott sávja részben átfedhet.
  • Elképzelhető olyan eset is, amikor a tiltott sávok nem fednek át egyensúlyban.

A határfelületen a felületi energiaszintek nem mozdulnak el, így amikor a két félvezető tartomány azonos potenciálra kerül, a sávok elhajlanak. Ez a felület közelében a betöltöttség megváltozásához vezethet. Az esetleges akkumulációs rétegek, kiürített tartományok, illetve inverziós rétegek nagyban befolyásolják a felület elektromos jellemzőit, például hogy folyhat-e a felületen át áram, vagy sem.

AlkalmazásaiSzerkesztés

LézerSzerkesztés

A heteroátmenetek lézeres alkalmazását először Kroemer javasolta 1963-ban.[2] Munkájában felhívta a figyelmet arra, hogy ilyen szerkezetben a lézerjelenség kiváltásához szükséges populációinverzió hatékonyan előidézhető. Az általa javasolt szerkezet előállításához a rétegleválasztási eljárások fejlődése is szükséges volt, de a ma már ipari sztenderdnek tekinthető GaAs–AlGaAs heteroátmeneten alapuló lézerek is ezt az elvet követik.

TranzisztorSzerkesztés

A heteroátmeneten alapuló kialakítású HEMT-eszközökben (high electron mobility transistor, nagy elektronmobilitású tranzisztor) nagyfrekvenciás, akár 500 GHz frekvencia feletti működés is megoldható. A heteroátmeneti szerkezet és a dópolási profil megfelelő kialakítása hatására az ilyen eszközökben kétdimenziós elektrongáz alakul ki, mely a tranzisztor igen kis veszteségű, és nagy elektronmobilitást képviselő csatornáját alkotja.[3]

JegyzetekSzerkesztés

  1. The Nobel Prize in Physics 2000. www.nobelprize.org. (Hozzáférés: 2017. szeptember 1.)
  2. H. Kroemer (1963). „A proposed class of hetero-junction injection lasers”. Proceedings of the IEEE 51 (12), 1782–1783. o, Kiadó: Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). DOI:10.1109/proc.1963.2706. ISSN 0018-9219.  
  3. C. G. Fonstad: Lecture 12 - Heterojunction FETs - HIGFETs, HEMTs. Massachusetts Institute of Technology. (Hozzáférés: 2018. szeptember 18.)

FordításSzerkesztés

Ez a szócikk részben vagy egészben a Heterojunction című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

ForrásokSzerkesztés

Szakkönyvek, szakcikkekSzerkesztés

Tananyagok, ismeretterjesztő weblapokSzerkesztés

Kapcsolódó szócikkekSzerkesztés