Гетеропереход. Основные свойства и характеристики

Разработками данной проблемы занимался выдающийся советский ученый Ж.И. Алферов. В 1961 г. он защитил кандидатскую диссертацию, посвящённую в основном разработке и исследованию мощных германиевых и частично кремниевых выпрямителей. Заметим, что в этих приборах, как и во всех ранее созданных полупроводниковых приборах, использовались уникальные физические свойства p–n-перехода – искусственно созданного в полупроводниковом монокристалле распределения примесей, при котором в одной части кристалла носителями заряда являются отрицательно заряженные электроны, а в другой – положительно заряженные квазичастицы, «дырки» (латинские n и p как раз и значат negative и positive). Поскольку различается лишь тип проводимости, а вещество одно и то же, p–n-переход можно назвать гомопереходом.

Благодаря p–n-переходу в кристаллах удалось осуществить инжекцию электронов и дырок, а простая комбинация двух p–n-переходов позволила реализовать монокристаллические усилители с хорошими параметрами – транзисторы. Наибольшее распространение получили структуры с одним p–n-переходом (диоды и фотоэлементы), двумя p–n-переходами (транзисторы) и тремя p–n-переходами (тиристоры). Всё дальнейшее развитие полупроводниковой электроники шло по пути исследования монокристаллических структур на основе германия, кремния, полупроводниковых соединений типа АIIIBV (элементов III и V групп Периодической системы Менделеева). Улучшение свойств приборов шло главным образом по пути совершенствования методов формирования p–n-переходов и использования новых материалов. Замена германия кремнием позволила поднять рабочую температуру приборов и создать высоковольтные диоды и тиристоры. Успехи в технологии получения арсенида галлия и других оптических полупроводников привели к созданию полупроводниковых лазеров, высокоэффективных источников света и фотоэлементов. Комбинации диодов и транзисторов на одной монокристаллической кремниевой подложке стали основой интегральных схем, на которых базировалось развитие электронно-вычислительной техники. Миниатюрные, а затем и микроэлектронные приборы, создаваемые в основном на кристаллическом кремнии, буквально смели электровакуумные лампы, позволив уменьшить в сотни и тысячи раз размеры устройств. Достаточно вспомнить старые ЭВМ, занимавшие огромные помещения, и их современный эквивалент ноутбук – компьютер, напоминающий маленький атташе-кейс, или «дипломат», как его называют в России.

Один из выводов кандидатской диссертации гласил, что p–n-переход в гомогенном по составу полупроводнике (гомоструктура) не может обеспечить оптимальные параметры многих приборов. Стало ясно, что дальнейший прогресс связан с созданием p–n-перехода на границе разных по химическому составу полупроводников (гетероструктурах).

Лазеры на гомопереходах были неэффективны из-за высоких оптических и электрических потерь. Пороговые токи были очень высоки, а генерация осуществлялась только при низких температурах.

Вскоре были сформулированы общие принципы управления электронными и световыми потоками в гетероструктурах.

Первоначально теория развивалась существенно быстрее, чем практическая реализация устройств.

В то время существовал всеобщий скептицизм по поводу создания «идеального» гетероперехода, тем более с теоретически предсказываемыми инжекционными свойствами.

Итак, реализация гетероперехода открывала возможность создания более эффективных приборов для электроники и уменьшения размеров устройств буквально до атомных масштабов.

Максимальный эффект ожидался при использовании гетеропереходов между полупроводником, служащим активной областью прибора, и более широкозонным полупроводником. В качестве наиболее перспективных в то время рассматривались системы GaP–GaAs и AlAs–GaAs. Для «совместимости» эти материалы в первую очередь должны были удовлетворять самому важному условию: иметь близкие значения постоянной кристаллической решётки.

Перейти на страницу: 1 2

Прочтите также:

Проектирование цифровых систем передачи PDH и SDH
Данная работа посвящена разработке цифровых систем передач двух поколений: ПЦИ и СЦИ. В первой части работы представлен проект цифровой системы передачи с плезиохронной цифровой иерархие ...

Разработка усилителя мощности
Усилителем мощности (УМ) называют усилитель, который обеспечивает заданную мощность в нагрузке, сопротивление которой, как правило, мало. Обычно в таких усилителях амплитуды выходного то ...

Многокаскадный усилитель переменного тока с обратной связью
Электронные приборы – устройства принцип действия которых основан на использовании явлений связанных с движущимися потоками заряженных частиц. В зависимости от того как происходит управл ...

Основные разделы

Copyright © 2008 - 2021 www.techmatch.ru