Bản thuyết trình đang được tải. Xin vui lòng chờ

Bản thuyết trình đang được tải. Xin vui lòng chờ

Chương 3: Các dị cấu trúc Chương này cho một tổng quan về tính chất của các dị cấu trúc. Đó là các bán dẫn bao gồm hơn một loại vật liệu. Những thay đổi.

Các bản thuyết trình tương tự


Bản thuyết trình với chủ đề: "Chương 3: Các dị cấu trúc Chương này cho một tổng quan về tính chất của các dị cấu trúc. Đó là các bán dẫn bao gồm hơn một loại vật liệu. Những thay đổi."— Bản ghi của bản thuyết trình:

1 Chương 3: Các dị cấu trúc Chương này cho một tổng quan về tính chất của các dị cấu trúc. Đó là các bán dẫn bao gồm hơn một loại vật liệu. Những thay đổi thành phần dùng để điều khiển chuyển động của các điện tử và lỗ trống thông qua kĩ thiết vùng. Liên kết của các vùng trong một lớp dị chuyển tiếp mà ở đó hai vật liệu gặp nhau là rất quan trọng nhưng rất khó xác định thậm chí đối với lớp chuyển tiếp được nghiên cứu tốt nhất hiện nay là Mặc dù nghiên cứu ban đầu tập trung vào các vật liệu có hằng số mạng gần giống nhau, các áp dụng hiện nay đồi hỏi các tính chất chỉ có thể có được bởi các vật liệu ghép không hợp để cho các lớp biến dạng. Một lượng lớn các linh kiện được chế tạo từ các dị cấu trúc cho cả ứng dụng điện tử và ứng dụng quang. Trong chương này còn đề cập đến phép gần đúng khối lượng hiệu dụng. Đó là một sự đơn giản hoá chuẩn cho phép nghiên cứu các điện tử như thể chúng là tự do ngoại trừ một khối lượng hiệu dụng thay vì sử dụng cấu trúc vùng phức tạp. Ta bỏ qua bản chất không trật tự của các hợp kim như ở nơi giả thiết không có trật tự của các ion Ga và As ở các vị trí cation của mạng. Về nguyên tắc, không áp dụng được định lí Bloch cho các vật liệu như thế do

2 Chương 3: Các dị cấu trúc chúng không có bất biến tịnh tiến từ ô mạng này sang ô mạng khác. Tuy nhiên, có thể nghiên cứu hợp kim như một tinh thể có các tính chất được nôi suy giữa các tính chất của GaAs và AlAs. Cách tiếp cận này được gọi là phép gần đúng tinh thể ảo. Sự sai lệch so với tính tuần hoàn lí tưởng dẫn tới những ảnh hưởng như sự tán xạ hợp kim. Đó là sự rút ngắn quãng đường tự do trung bình của các điện tử và lỗ trống. Những ảnh hưởng này thường là nhỏ và có thể được nghiên cứu trong lý thuyết nhiễu loạn theo cùng một cách như tán xạ từ các loại tạp chất khác Các tính chất chung của các dị cấu trúc Chỉ một ít tính chất bán dẫn của các vật liệu III-V được sử dụng chung cho các dị cấu trúc. Để tăng phạm vi của các tính chất, người ta sử dụng rộng rãi các hợp kim trong số các hợp chất khác nhau trong đó đáng chú ý là hợp kim . Nó thường được kí hiệu đơn giản là AlGaAs. Không được đọc nó như là một công thức hoá học theo nghĩa đen. 2 tính chất quan trọng của các vật liệu khác nhau là khe vùng cực tiểu và hằng số mạng được vẽ đồ thị trên hình 3.1. Khe vùng biểu diễn như một bước sóng là rất quan trọng vì

3 3.1. Các tính chất chung của các dị cấu trúc
có nhiều áp dụng của các vật liệu III – V trong quang điện tử mà ở đó cần có những bước sóng riêng để tạo ra việc sử dụng môi trường một cách tốt nhất như các sợi quang. Các vùng tích cực của các dị cấu trúc thông thường là tại hoặc gần các giao diện. Điều này là đúng không chỉ đối với các hợp chất III – V. Các điện tử trong một tranzito hiệu ứng trường kim loại – ôxit bán dẫn (MOSFET) chuyển động dọc theo một giao diện giữa Si và Trong trường hợp này, Hình 3.1. Sự phụ thuộc của hằng số mạng của các bán dẫn khác nhau vào khe vùng cực tiểu của chúng được biểu diễn theo eV và như một bước sóng. Các đường liền nét chỉ ra khe vùng trực tiếp và các đường đứt nét chỉ ra khe vùng gián tiếp. Si là tinh thể và là vô định hình. Có thể liên kết 2 vật liệu theo cách “không có

4 3.1. Các tính chất chung của các dị cấu trúc
đường khâu ráp” và các điện tử bị tán xạ bởi các bất hoàn chỉnh sinh ra khi chúng đi dọc theo giao diện. Sự tán xạ bề mặt thô này cũng như sự tán xạ từ các khuếch tật tích điện trong ôxit giữ cho độ linh động của các điện tử trong một MOSFET ở nhiệt độ thấp ở dưới khoảng Các dị cấu trúc III – V cần phải có các giao diện gần hoàn chỉnh nếu chúng được tạo thành tốt hơn. Điều này đưa ra những đòi hỏi nghiêm ngặt cho việc nuôi. Những đòi hỏi đó chỉ được thỏa mãn bởi những quá trình nuôi tốt nhưng tốn kém như êpitaxi chùm phân tử (MBE) và kết tủa hơi hóa học hữu cơ - kim loại (MOCVD). Về nguyên tắc, cần phải liên kết 2 vật liệu một cách hoàn hảo trong một dị cấu trúc lí tưởng. Điều này trước hết đòi hỏi rằng chúng có cùng cấu trúc tinh thể (hoặc ít nhất là sự đối xứng) và điều này được thỏa mãn đối với các hợp chất III – V thông thường. Một đòi hỏi thứ hai nếu không có biến dạng trong cấu trúc cuối là 2 hằng số mạng cần phải gần bằng nhau. Hằng số mạng của một hợp kim thường cho bởi sự nội suy tuyến tính giữa các thành phần của nó. Nó là định luật Vegard. Chẳng hạn như định luật này dự đoán rằng hằng số mạng của được cho bởi

5 3.1. Các tính chất chung của các dị cấu trúc
Hình 3.1 giải thích sự phổ biến của các hợp kim này trong đó hằng số mạng thay đổi ít hơn 0,15% như một hàm của x. Như vậy, có thể nuôi các lớp GaAs và AlAs hoặc bất kì hợp kim trung gian nào trên đỉnh của nhau mà không có ứng suất “quan trọng” nào. Có một ít vật liệu khác có thể được nuôi trên chất nền GaAs mà không có biến dạng. Một lựa chọn khác là chất nền InP. 2 hợp kim và có cùng hằng số mạng giống như InP với các khe trực tiếp và bẫy các hạt tải hiệu quả hơn. Các vật liệu này do đó được sử dụng cho các linh kiện điện tử tốc độ cao. Có thể có sự lựa chọn rộng hơn nhiều nếu đòi hỏi sự tương hợp mạng bị nới lỏng Sự nuôi dị cấu trúc Các dị cấu trúc cần phải có các giao diện với chất lượng rất cao nếu chúng được tạo thành tốt, nghĩa là các cấu trúc nguyên tử của 2 vật liệu cần phải tương hợp với nhau và giao diện cần phải không bị ô nhiễm bởi các tạp chất hoặc không có các khuếch tật khác.Hơn nữa, các lớp có thể mỏng và do đó ta

6 3.2.1. Êpitaxi chùm phân tử (MBE)
3.2. Sự nuôi dị cấu trúc cần phải thay đổi thành phần của các lớp kế tiếp rất nhanh tốt hơn là từ lớp đơn này tới lớp đơn khác. Các phương pháp nuôi bán dẫn trước đây như êpitaxi pha lỏng đáp ứng các tiêu chuẩn đó và đã được sử dụng đối với các cấu trúc thô hơn như các laze dị cấu trúc kép nhưng nói chung cần phải có những quá trình chuyên sâu hơn. Các phương pháp phổ biến nhất là MBE và MOCVD. Êpitaxi chùm phân tử (MBE) MBE về nguyên tắc là một kỹ thuật khá đơn giản. Thiết bị được phác họa trên hình 3.2. Chất nền để nuôi dị cấu trúc trên đó ở trên một đế nung nóng trong một bộ làm bay hơi được rút khí đến độ chân không siêu cao (UHV) thông thường ở mbar hoặc tốt hơn (áp suất khí quyển vào khoảng 1000 mbar). Các nguyên tố cấu Hình 3.2. Giản đồ đơn giản hoá của một máy MBE trong đó có 3 ống Knudsen, chất nền trên đế nung nóng quay của nó và màn hình quan sát RHEED để phân tích bề mặt.

7 3.2. Sự nuôi dị cấu trúc thành dị cấu trúc mà ở đây là Ga, As và Al được bay hơi trong các lò nung với các lỗ hướng về phía chất nền nhưng hơi bị chắn lại không đến được chất nền bởi các tấm chắn. Tại áp suất thấp này, quãng đường tự do trung bình của các phân tử giữa các va chạm là lớn hơn nhiều so với bề rộng buồng. Đó là chế độ Knudsen hay chế độ dòng phân tử của một chất khí và các lò nung được gọi là các ống Knudsen hay các ống K. Các phân tử đi ra khỏi các ống K không khuếch tán như trong một chất khí ở áp suất cao mà tạo thành một chùm phân tử đi then những đường thẳng mà không xảy ra va chạm cho đến khi chúng đi tới chất nền hoặc một chỗ khác. Sự nuôi bắt đầu khi các tấm chắn được mở ra và dòng của mỗi một nguyên tố có thể được điều khiển qua nhiệt độ của mỗi một lò nung. Các chất pha tạp được thêm vào bằng cách dùng các ống phụ. Chất cho thông thường là Si. Nó ở trong nhóm IV của bảng tuần hoàn và do đó không rõ nó sẽ tác dụng như một chất cho hay như một chất nhận trong hợp chất nhóm III – V. Trong thực tế, nó thường tác dụng như một chất cho nhưng điều này có thể thay đổi bằng cách nuôi trên một bề mặt khác so với bề mặt thông thường là (100). Nó cũng có xu hướng trở nên lưỡng tính vì cho cả các chất cho và

8 3.2. Sự nuôi dị cấu trúc chất nhận tại những nồng độ rất cao (khoảng Chất nhận thông thường là Be. Mặc dù đơn giản về nguyên lí, MBE không đơn giản trong thực tế. Những miếng rất mỏng cần phải được nuôi với độ tinh khiết cực kì cao để các tính chất của chúng không bị ảnh hưởng bởi sự ô nhiễm. Điều này lại đòi hỏi các vật liệu ban đầu tinh khiết không bị ô nhiễm bởi các ống K. Áp suất nền trong bộ làm bay hơi cần phải giữ ở áp suất thấp để làm giảm sự ô nhiễm cũng như bảo đảm duy trì chế độ Knudsen. Dòng từ các ống K cần phải đồng đều qua chất nền hoặc có những thay đổi thành phần qua miếng rất mỏng (giảm tới mức cực tiểu bằng cách quay giá mẫu trong khi nuôi). Các nhiệt độ của các lò nung cũng cần phải được điều khiển để giữ cho dòng không đổi. Nhiệt độ của chất nền là quan trọng vì các khuyết tật sẽ không có thời gian để thoát ra bằng sự ủ tại các nhiệt độ thấp trong khi sự khuếch tán không mong muốn sẽ xảy ra và làm nhòe các giao diện nếu nhiệt độ quá cao. Hình thái học của bề mặt phụ thuộc phức tạp vào nhiệt độ và AlGaAs và GaAs nuôi tốt hơn trong các điều kiện khác nhau. MBE là một quá trình chậm vì việc nuôi vật liệu với tốc độ khoảng một lớp

9 3.2. Sự nuôi dị cấu trúc đơn/ s hay 1μm/ h. Các ưu điểm của MBE bao gồm các chuyển tiếp đột ngột giữa các vật liệu khác nhau, điều khiển tốt qua bề dày của các lớp và sự mọc lại hợp lí. Các nhược điểm rõ rệt của MBE là giá thành và thực tế là quá trình MBE không phù hợp cho sản xuất công nghiệp. Một đặc tính quan trọng của MBE là nó xảy ra trong UHV, nghĩa là có thể sử dụng nhiều kĩ thuật chẩn đoán để theo dõi sự nuôi. Điểm chung nhất của các kĩ thuật này là nhiễu xạ điện tử năng lượng cao phản xạ (RHEED) như chỉ ra trên hình 3.2. Một chùm điện tử được hướng gần như sượt qua bề mặt mẫu và ảnh nhiễu xạ thu được quan sát thấy trên một màn hình huỳnh quang. Bề mặt thay đổi theo một cách tuần hoàn khi nuôi được một lớp đơn và điều này có thể quan sát thấy trong cường độ và hình ảnh của tín hiệu RHEED. Như vậy, việc nuôi có thể đếm được theo các lớp đơn. Hơn nữa, ảnh nhiễu xạ bộc lộ cấu trúc bề mặt. MBE có thể tạo ra vật liệu tốt nhất cho các ứng dụng điện tử. Một phép đo nó là độ linh động cực đại của các điện tử trong GaAs tinh khiết trên danh nghĩa mà nó chỉ ra nồng độ tạp chất ion hoá tổng cộng là

10 3.2. Sự nuôi dị cấu trúc Một phép kiểm tra khác là độ linh động của các điện tử trong khí điện tử 2 chiều mà nó vượt quá tương ứng với quãng đường tự do trung bình gần 0,1 nm. Tuy nhiên, cần giải quyết một số vấn đề quan trọng chẳng hạn như tương đối dễ nuôi một giao diện tốt của AlGaAs ở trên đỉnh của GaAs nhưng giao diện “đảo ngược” của GaAs trên AlGaAs lại khó thực hiện. Các vật liệu khác thậm chí như sử dụng rộng rãi được điều khiển kém hơn nhiều Sự kết tủa hơi hoá học hữu cơ – kim loại (MOCVD) MOCVD còn gọi là êpitaxi pha –hơi hữu cơ – kim loại (MOVPE) là một phương pháp khác có khả năng chế tạo các dị cấu trúc với chất lượng cao. Hình 3.3 chỉ ra giản đồ đơn giản hoá của một thiết bị thường hoạt động ở gần áp suất khí quyển. Chất nền ở trên một khối nung nóng trong một buồng mà các khí khác nhau chuyển qua nó trong hạt tải hiđrô. Thành phần của các khí có thể thay đổi nhanh chóng để điều khiển thành phần của vật liệu nuôi. Phản ứng cơ bản là phản ứng giữa một alkyl kim loại và một hiđrua của kim loại nhóm V như

11 Hình 3.3. Giản đồ đơn giản hóa của một
3.2. Sự nuôi dị cấu trúc Hình 3.3. Giản đồ đơn giản hóa của một lò phản ứng MOCVD. Các chất cho như Si, S hoặc Se có thể được thêm vào giống như các hiđrua và đimetyl Zn hoặc Cd tác dụng giống như chất nhận. Nhiều hóa chất khác đã được sử dụng nhất là để tránh các hiđrua nhóm V độc hại. Thiết bị cho MOCVD đơn giản hơn nhiều so với thiết bị cho MBE mặc dù vấn đề thực tế chủ yếu là điều khiển các khí rất độc (nó tăng giá thành chung tới một mức tương tự). Các khó khăn nảy sinh từ khí động lực học bên trong lò phản ứng mà ở đó một lớp biên tù hãm có xu hướng tạo thành ở trên chất nền. Sự nuôi phụ thuộc vào nhiệt độ có thể bị giới hạn bởi tốc độ mà tại đó các chất phản ứng khuếch tán qua lớp biên này hoặc bởi tốc độ phản ứng trên bề mặt mẫu. Thể tích của hệ ở giữa sự trộn của các khí và chất nền cần phải làm cực tiểu để thay đổi thành phần khí và bán dẫn thu được một cách nhanh

12 3.2. Sự nuôi dị cấu trúc chóng và cho những giao diện sắc nét. Hơn nữa, hỗn hợp của các khí cần phải thay đổi mà không làm ảnh hưởng đến dòng chảy qua buồng phản ứng. MOCVD nổi tiếng vì nó cho phép chế tạo các linh kiện quang điện tử tốt hơn so với các linh kiện được chế tạo từ MBE. Nó cũng nhanh hơn và có khả năng sản xuất công nghiệp do có thể nuôi trên một lượng lớn các miếng rất mỏng một cách đồng thời. Việc nuôi lại mà ở đó một chất nền được khuôn theo một cách nào đó và sau đó trở lại để nuôi tiếp đặc biệt có hiệu quả đối với MOCVD. Cũng có thể nuôi được các cấu trúc đẹp bằng cách dùng các chất nền với các mặt để lộ ra trên những mặt phẳng khác nhau mà ở đó có thể tìm được sự phụ thuộc của tốc độ nuôi vào sự định hướng cũng như nhiệt độ để chế tạo các linh kiện “tự tổ chức”. Các khó khăn gắn với MOCVD bao gồm sự ô nhiễm bởi cacbon và vấn đề an toàn thực tế nghiêm ngặt. Một khoảng rộng của các phương pháp đã được phát triển mạnh từ MBE và MOCVD. Một ví dụ là phương pháp êpitaxi chùm hoá học (CBE) hay êpitaxi chùm phân tử hữu cơ – kim loại (MOMBE) trong đó các nguồn rắn của MBE qui ước được thay bằng các tiền thân tương tự với các nguồn rắn dùng trong MOCVD. Một ứng dụng khác là phương pháp êpitaxi lớp nguyên tử (ALE)

13 3.2. Sự nuôi dị cấu trúc trong đó các chất phản ứng được cung cấp một cách tách rời nhằm nuôi hết lôp này đến lớp khác. Tất cả nhằm tăng cường điều khiển bề dày và thành phần của các lớp để cải thiện hiệu suất của các linh kiện thu được. Cùng các phương pháp nói trên cũng được sử dụng để tạo ra các dị cấu trúc Si – Ge Kỹ thuật xây dựng vùng Nuôi dị cấu trúc là một quá trình phức tạp. Việc nghiên cứu dáng điệu của các điện tử và lỗ trống thông qua kĩ thuật xây dựng vùng. Hình 3.1 chứng tỏ rằng các vật liệu khác nhau có những khe vùng khác nhau. Bây giờ ta cần xem xét chi tiết hơn các CB và VB và Xét một lớp dị chuyển tiếp giữa 2 vật liệu A và B với Lí thuyết đơn giản nhất là qui tắc Anderson. Nó dựa trên ái lực điện tử của các vật liệu. Đó là năng lượng đòi hỏi để đưa một điện tử từ đáy vùng dẫn lên mức chân không mà ở đó nó có thể thoát ra khỏi tinh thể. Ái lực điện tử gần như độc lập với vị trí của mức Fermi. Điều này khác với hàm công mà nó được đo từ mức Fermi và do đó phụ thuộc mạnh vào sự pha tạp. Qui tắc Anderson phát biểu rằng các mức chân không của 2 vật liệu của một lớp dị

14 Hình 3.4. Qui tắc Anderson đối với định hướng song song
3.3. Kỹ thuật xây dựng vùng Hình 3.4. Qui tắc Anderson đối với định hướng song song của các vùng tại một lớp dị chuyển tiếp giữa 2 vật liệu A và B dựa trên định hướng song song của các mức chân không. chuyển tiếp sẽ được sắp xếp như trên hình 3.4. Điều này chứng tỏ Ví dụ GaAs có eV và có eV và do đó, eV. Khe vùng thay đổi một lượng = 0,37 eV và do đó, eV. Phần khe vùng đi vào vùng dẫn là Q = theo mô hình này. Mặc dù dễ dàng đo được sự khác nhau của khe vùng, điều khó hơn nhiều là phân giải sự gián đoạn trong các vùng riêng. Giá trị Q = 0,85 đã được sử dụng từ lâu cho nhưng giá trị nhỏ hơn là Q = 0,62 hiện nay được thiết lập chắc chắn đối với x < 0,45 mà ở đó tồn tại khe trực tiếp. Nhiều thí nghiệm như sự hấp thụ quang trong các hố lượng tử hình chữ nhật thể hiện

15 3.3. Kỹ thuật xây dựng vùng chỉ nhạy yếu đối với Q. Những hình dạng khác của các hố lượng tử ví dụ như các thế parabol cho sự phân giải tốt hơn. Trong trường hợp của GaAs- AlGaAs, khe vùng hẹp hơn được bao bọc bên trong khe vùng rộng hơn như chỉ ra trên hình 3.4. Như vậy, một hệ nhiều lớp với GaAs giống như sự làm đầy giữa 2 lớp AlGaAs bẫy cả điện tử và lỗ trống. Nó được gọi là sự định hướng song song loại I hoặc sự định hướng song song gối lên nhau. Có 2 khả năng khác được minh họa trên hình 3.5 đối với 2 hệ của 3 vật liệu lắp khít mạng với nhau trong đó chỉ ra các khe vùng và sự gián đoạn. Sự gián đoạn là dương nếu nó có dấu mong muốn đối với một giao diện loại I. InP và chỉ ra sự định hướng song song loại II hoặc sự định hướng song song lệch nhau mà ở đó các vùng ưa thích các điện tử trong InP nhưng các lỗ trống trong Như vậy, một hệ nhiều lớp sinh ra một hố thế đối với loai này nhưng một rào thế đối với loại khác. Khả năng thứ ba là 2 khe vùng không xen phủ chút nào lên nhau và nó cho sự định hướng song song loại III hoặc sự định hướng song song phá vỡ khe. Ví dụ kinh điển là InAs – GaSb như chỉ ra trên hình 3.5(b). Trong trường hợp

16 Hình 3.5. Sự định hướng song song của
3.3. Kỹ thuật xây dựng vùng Hình 3.5. Sự định hướng song song của các CB và VB trong 2 hệ lắp khít mạng của các bán dẫn được sử dụng rộng rãi đối với các linh kiện điện tử tốc độ cao và InAs – GaSb – AlSb mà nó chỉ ra các loại I, II và III của sự làm khớp. Qui ước đối với loại I. này, CB của vật liệu này phủ lên VB của vật liệu khác 0,15 eV đối với ví dụ này. Do đó, các điện tử và lỗ trống chuyển tự phát cho đến khi chúng bị biến dạng lại bởi trường điện tử sinh ra giống như trong vùng nghèo của một điôt p – n.

17 3.3. Kỹ thuật xây dựng vùng Cặp vật liệu InAs-GaSb có đặc tính thú vị khác vì giao diện giữa InAs và GaSb có thể là một lớp đơn của GaAs hoặc InSb phụ thuộc vào trật tự nuôi chính xác. Điều này có thể ảnh hưởng đến sự định hướng song song của các vùng và có đề xuất là sự phủ lên nhau của CB và VB là 0,125 eV đối với giao diện “GaAs” và 0,16 eV đối với giao diện “InSb”. Sự nuôi điều khiển kém hơn dẫn tới một giá trị trung bình của chúng. Các thành phần của một lớp dị chuyển tiếp có thể có những cực tiểu trong các vùng tại những điểm khác nhau trong miền Brillouin. Ví dụ CB của GaAs có cực tiểu tại trong khi các cực tiểu thấp nhất trong AlAs ở gần X. Do đó, đặc điểm của cực tiểu thấp nhất thay đổi khi phần x của Al trong hợp kim tăng lên. Hình 3.6 chỉ ra các cực trị như một hàm của x. Cực tiểu thấp nhất trong CB thay đổi từ (khe trực tiếp) tới X (khe gián tiếp) tại trong đó lấy giá trị cực đại của nó là 0,35 eV. Khối lượng hiệu dụng và độ suy biến thung lũng thay đổi đột ngột tại chỗ giao nhau này và sự thay đổi từ khe trực tiếp đến khe gián tiếp cho sự thay đổi rất lớn trong tính chất quang. Lưu ý rằng các cực tiểu L nằm không xa ở trên các cực tiểu khác ở gần chỗ giao nhau. Thông thường được nuôi với

18 3.4. Cấu trúc xếp thành từng lớp: Hố lượng tử và hàng rào
3.3. Kỹ thuật xây dựng vùng Hình 3.6. Các năng lượng của các đáy của 3 CB thấp nhất và đỉnh của VB trong như một hàm của thành phần x. x < 0,4 để bảo đảm rằng CB thấp nhất giữ tại Dáng điệu đối với x > 0,45 ít được thiết lập hơn. 3.4. Cấu trúc xếp thành từng lớp: Hố lượng tử và hàng rào Bây giờ ta đã thấy cách để các CB và VB có thể được xây dựng trong quá trình nuôi để có thể thay đổi theo 1 chiều. Các cấu trúc xếp lớp này là các khối xây dựng của các linh kiện phức tạp hơn. Xét một số biên dạng (profin) trong mối liên quan với các điện tử trong CB. Các lỗ trống trong VB được xem xét một cách tương tự. Thậm

19 3.4. Cấu trúc xếp thành từng lớp: Hố lượng tử và hàng rào
chí CB có những sự phức tạp khi bản chất của nó thay đổi trong với x > 0,45. Hàng rào xuyên hầm Một ví dụ đơn giản của một hàng rào xuyên hầm được cung cấp bởi một lớp AlGaAs được bao quanh bởi GaAs (hình 3.7(a)). Hàng rào hình chữ nhật là một trong các ví dụ cơ bản được sử dụng trong cơ học lượng tử. Về phương diện cổ điển, một điện tử sẽ không thể chuyển qua một hàng rào trừ khi nó có đủ động năng để vượt qua đỉnh nhưng trong cơ học lượng tử, nó có khả năng Hình 3.7. Biên dạng của CB đối với các cấu trúc xếp lớp khác nhau. (a) rào xuyên hầm; (b) siêu mạng chỉ ra cấu trúc vùng mini; (c) hố lượng tử chỉ ra một trạng thái liên kết; (d) rào kép trong đó có trạng thái cộng hưởng; (e) hệ số truyền qua như một hàm của năng lượng đối với sự xuyên hầm qua rào kép trong đó có một đỉnh nhọn tại năng lượng của một trạng thái cộng hưởng.

20 3.4. Cấu trúc xếp thành từng lớp: Hố lượng tử và hàng rào
xuyên hầm qua rào. Thậm chí một rào đơn giản như rào hình chữ nhật có những ứng dụng thực tế chẳng hạn giống như một “van tiết lưu” để điều khiển bơm điện tử trong một số tranzito điện tử nóng. Hệ số truyền qua tăng nhanh theo năng lượng trong chế độ xuyên hầm và do đó, rào lựa chọn các điện tử có năng lượng cao Hố lượng tử Ngược lại với rào là hố lượng tử ví dụ như một lớp mỏng GaAs ở giữa 2 lớp dày của AlGaAs (hình 3.7(c)). Có thể tính được các năng lượng của các trạng thái liên kết trong hố lượng tử như một hàm của độ sâu hố. Thường sử dụng việc tính thô đối với một hố sâu vô hạn như ở phần 1.3. Có một hố trong cả CB và VB nếu lớp dị chuyển tiếp thuộc loại I mà nó bao hàm trường hợp của GaAs được bao quanh bởi AlGaAs. Trong trường hợp này, hố bẫy cả diện tử và lỗ trống và các mức năng lượng có thể đo được bằng các thí nghiệm quang như trong phần Quá trình này tạo thành cơ sở cho hầu hết các linh kiện quang điện tử. Thực tế là vật liệu có 3 chiều và hình 3.7(c) chỉ ra sự thay đổi dọc theo hướng nuôi được qui ước là hướng z. Các điện tử và lỗ trống giữ chuyển

21 3.4. Cấu trúc xếp thành từng lớp: Hố lượng tử và hàng rào
động tự do trong mặt phẳng vuông góc với hướng nuôi nhưng bây giờ chúng chỉ có 2 chiều tự do khác với 3. Sự hấp thụ quang bị chi phối bởi mật độ trạng thái mà nó many hơn ở gần đáy vùng trong trường hợp 2 chiều và giúp cho việc cung cấp các linh kiện quang điện tử hiệu quả hơn Rào kép: Xuyên hầm cộng hưởng Một hố lượng tử có các rào vô cùng dày ở bên này hoặc bên kia. Xuất hiện hiện tượng vật lí mới khi các rào là mỏng như trên hình 3.7(d). Bây giờ một điện tử ở trạng thái có thể “lọt ra ngoài” và nó cho một trạng thái giả liên kết hay trạng thái cộng hưởng mà nó khác với một trạng thái liên kết thực sự. Cấu trúc rào kép cung cấp vùng hoạt động của một điôt tunnen cộng hưởng và nó tương tự với mẫu Fabry-Pérot quang. Xét các điện tử đi tới rào từ bên trái tại năng lượng E. Xác suất chuyển qua rào của chúng là hệ số truyền qua T. Trong đa số trường hợp, nó gần bằng tích của các hệ số truyền qua của 2 rào riêng, nghĩa là Cả và là nhỏ đối với các rào thông thường. Đặc tính khác biệt của sự xuyên hầm cộng hưởng là ở chỗ T tăng tới giá trị cao hơn nhiều so với đối với các

22 3.4. Cấu trúc xếp thành từng lớp: Hố lượng tử và hàng rào
năng lượng gần cộng hưởng như trên hình 3.7(c) theo cùng một cách là sự phản xạ nhiều lần dẫn tới các đỉnh nhọn trong sự truyền qua một mẫu Fabry-Pérot. Trong một cấu trúc với các rào giống nhau, có sự truyền qua lí tưởng ở trung tâm của sự cộng hưởng. Tuy nhiên, các giá trị riêng của và là nhỏ. Bề rộng của đỉnh này tỉ lệ nghịch với Do đó, theo một nghĩa nào đó thì có sự truyền qua ít hơn qua các rào dày đặc hơn. Người ta phát triển các điôt tunnen cộng hưởng để sử dụng ở những tần số cực cao Siêu mạng Ta tăng số rào để cho sự xen kẽ của các hố và rào như chỉ ra trên hình 3.7(b). Bây giờ, một điện tử có thể xuyên hầm từ một hố tới các lân cận của nó. Điều này khác với điện tử đi từ một hố ra ngoài như trong rào kép. Nó phá hỏng mức liên kết rõ nét gắn với hố và trong trường hợp này, kết quả là một vùng mini. Siêu mạng cho một thế tuần hoàn và do đó, có thể áp dụng lí thuyết chung đối với các tinh thể 1 chiều ở phần 2.1. Như vậy, chuyển động dọc theo hướng nuôi bị chi phối bởi định lí Bloch và cấu trúc vùng. Cấu trúc được gọi là một siêu mạng vì nó áp đặt mức tuần hoàn thứ hai lên

23 3.4. Cấu trúc xếp thành từng lớp: Hố lượng tử và hàng rào
mức tuần hoàn thứ nhất mà nó là bản chất tinh thể của các bán dẫn. Một sự khác biệt chủ yếu là ở chỗ nó ảnh hưởng đến chuyển động chỉ theo một hướng. Chu kì dĩ nhiên là dài hơn chu kì tinh thể và thế tuần hoàn là yếu hơn với kết quả là các vùng và khe xuất hiện ở trên một thang năng lượng nhỏ hơn nhiều. Từ đó xuất hiện tên vùng mini. Các siêu mạng đã được sử dụng để lọc năng lượng của các điện tử và nó chỉ cho phép các điện tử ở bên trong các vùng mini đi qua hoặc phản xạ các điện tử trong các khe mini và sự hấp thụ giữa các vùng mini có thể được sử dụng để ghi bức xạ hồng ngoại. Các vùng trở nên hẹp hơn khi các rào giữa các hố trở nên dày hơn và sự xuyên hầm giữa các hố có ảnh hưởng ít hơn đến các tính chất chung. Giới hạn mà ở đó các hố thực tế bị cô lập được gọi là hố lượng tử đa lớp (MQW). Các cấu trúc như thế được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng quang để làm tăng thể tích hoạt động của linh kiện. Thực tế là các siêu mạng được sử dụng rộng rãi trong một ứng dụng mà không phải làm gì với các tính chất điện tử của chúng. Nó làm tăng tính sạch của vật liệu trong khi nuôi. Trong thực tế, thường nuôi một siêu mạng trên đỉnh của chất nền gốc, sau đó là một chất đệm bằng GaAs và cuối cùng là

24 3.4. Cấu trúc xếp thành từng lớp: Hố lượng tử và hàng rào
cấu trúc mong muốn. Nhiều giao diện bẫy nhiều khuyết tật và tạp chất mà chúng di trú theo cách khác với sự nuôi và gây ra ô nhiễm linh kiện. Bản chất của vùng dẫn Hình 3.6 chỉ ra các năng lượng của 3 cực tiểu thấp nhất trong vùng dẫn của như một hàm của x. Cực tiểu thấp nhất là ở đối với x < 0,45 Hình 3.8. Các rào và hố trong GaAs và nó chỉ ra 3 CB thấp nhất. (a) Rào của trong đó là cực tiểu thấp nhất ở khắp nơi; (b) Rào của AlAs trong đó X là cực tiểu thấp nhất trong rào; (c) Hố của GaAs được bao quanh bởi AlAs. nhưng nằm tại X đối với x lớn hơn. Các biên dạng của 3 cực tiểu được chỉ ra trên hình 3.8 đối với một rào của và một rào của AlAs. Cả 2 rào được bao quanh bởi GaAs. Điều này minh họa vấn đề nảy sinh khi 2 vùng có

25 3.4. Cấu trúc xếp thành từng lớp: Hố lượng tử và hàng rào
các cực tiểu khác nhau trong CB. Cực tiểu là thấp nhất trong toàn bộ cấu trúc với rào của và điều hợp lí là có thể bỏ qua các vùng cao hơn với điều kiện là năng lượng của điện tử tới ở dưới đỉnh rào. Đó là một vấn đề đối với rào AlAs. Lớp xen giữa xuất hiện như một rào nếu ta xét (cực tiểu thấp nhất bên ngoài) nhưng nó là một hố từ điểm quan sát của nằm thấp nhất bên trong rào. Nó cũng là một rào nếu ta đơn giản xét cực tiểu thấp nhất trong CB nhưng ta sẽ lấy cái gì làm độ cao của nó? Nó là một vấn đề không đơn giản để trả lời và đòi hỏi các tính toán cấu trúc vùng. Mặc dù rào là thấp hơn nếu một điện tử tới chuyển từ đến X khi nó va chạm rào, khối lượng hiệu dụng là cao hơn tại X và do đó, hàm sóng có thể phân rã nhanh hơn. Như vậy, hệ số truyền qua có thể bị chi phối bởi mặc dù nó không phải là vùng thấp nhất. Sự chuyển từ tới X cũng chịu các giới hạn trong không gian Các vấn đề này thường có thể tránh được bằng cách giữ x < 0,4 mặc dù các rào của AlAs có thể được sử dụng để tránh sự tán xạ hợp kim đặc biệt là trong sự xuyên hầm cộng hưởng. Các vấn đề tương tự tác động xấu đến các hố ví dụ như các hố của GaAs giữa các rào AlAs được chỉ ra trên hình 3.8(c). Cực tiểu thấp nhất trong hố là

26 3.4. Cấu trúc xếp thành từng lớp: Hố lượng tử và hàng rào
nhưng bất kì sự trộn nào vào trong thung lũng X tại giao diện sẽ cho phép các trạng thái thoát ra ngoài nếu và rào cực tiểu này do đó thiết lập giới hạn lên các trạng thái liên kết thực trong hố Các dị cấu trúc pha tạp Các linh kiện như điôt tunnen cộng hưởng dựa vào các điện tử hoặc lỗ trống để dẫn và các hạt tải này được đưa vào qua sự pha tạp. Cũng giống như thế đối với quang điện tử học trong đó một hố lượng tử có thể được nhúng vào trong một lớp chuyển tiếp p – n để tạo thành một laze hố lượng tử. Do đó, ta sẽ xét ảnh hưởng của sự pha tạp lên các giản đồ vùng mà chúng tuân theo các nguyên lý chung đối với các cấu trúc vùng đồng nhất. Các dị cấu trúc cho sự kiểm soát xa hơn đối với vị trí của các tạp chất và hạt tải thoát ra. Các cấu trúc đã khảo sát là các cấu trúc thẳng đứng theo nghĩa là dòng chảy dọc theo hướng nuôi hoặc vuông góc với các giao diện. Trường hợp ngược lại là các cấu trúc nằm ngang. trong đó dòng chảy song song với một giao diện. Nó tương tự với MOSFET và một ứng dụng chủ yếu là cho các tranzito hiệu ứng trường dị cấu trúc. Chúng sử dụng khí điện tử 2 chiều mà nó là nền tảng đối với nhiều cấu trúc điện tử.

27 3.5. Các dị cấu trúc pha tạp 3.5.1. Sự pha tạp biến điệu
Một cách đưa vào các hạt tải dùng trong các linh kiện cổ điển là pha tạp các vùng mà ở đó ta mong muốn có các điện tử hoặc lỗ trống. Các chất cho hoặc chất nhận tích điện được để lại khi các điện tử hoặc lỗ trống thoát ra và tán xạ các hạt tải qua tương tác Coulomb của chúng (tán xạ tạp chất ion hoá). Nó làm hư hại sự lan truyền trong cấu trúc được nuôi cẩn thận, làm nhoè các mức năng lượng và làm đứt sự giao thoa giữa các sóng điện tử cần để quan sát các hiệu ứng như sự xuyên hầm cộng hưởng. Giải pháp là pha tạp từ xa hay pha tạp biến điệu trong đó sự pha tạp được nuôi trong một vùng nhưng các hạt tải sau đó di chuyển tới chỗ khác. Nó được minh hoạ đối với một lớp dị chuyển tiếp giữa n-AlGaAs và GaAs không pha tạp trên hình 3.9. Vật liệu là trung hoà ở khắp nơi và các vùng là Hình 3.9. CB quanh một lớp dị chuyển tiếp giữa n-AlGaAs và GaAs không pha tạp. Nó chỉ ra các điện tử được tách như thế nào ra khỏi các chất cho của chúng để tạo thành khí điện tử 2 chiều.

28 3.5. Các dị cấu trúc pha tạp phẳng nếu các điện tử ở trên các chất cho của chúng trong n-AlGaAs (hình 3.9(a)). Các điện tử đi xung quanh sau khi thoát ra và một số điện tử đi vào GaAs. Ở đó, chúng mất năng lượng và bị bẫy do chúng không thể leo lên rào được cho bởi Chuyển động này tách các điện tử tích điện âm ra khỏi các chất cho tích điện dương mà nó thiết lập một thế tĩnh điện có xu hướng điều khiển các điện tử quay trở lại AlGaAs. Năng lượng toàn phần đối với các điện tử là tổng của 2 số hạng. Số hạng thứ nhất là động năng của chúng được cho bởi cấu trúc vùng. Nó không thay đổi theo vị trí ở bên trong từng vật liệu nhưng thay đổi tại lớp dị chuyển tiếp. Ảnh hưởng chính là sự gián đoạn Số hạng thứ hai là thế năng do thế tĩnh điện đối với các điện tử. Nó cùng với động năng cho năng lượng toàn phần tại đáy CB như trên hình 3.9(b). Lý lẽ đưa ra ở đây cũng giống như lý lẽ đối với giản đồ vùng của lớp chuyển tiếp p – n thông thường ngoại trừ thành phần bổ sung quan trọng Sự gián đoạn này có một ảnh hưởng quan trọng vì nó chống lại điện trường từ sự trở lại của các điện tử tới các chất cho của chúng. Trường chỉ có thể ép sát các điện tử vào giao diện mà ở đó chúng bị bẫy trong hố thế gần đúng hình chữ nhật. Hố này

29 3.5. Các dị cấu trúc pha tạp thông thường rộng khoảng 10 nm tại năng lượng của các điện tử và các mức năng lượng đối với chuyển động dọc theo z bị lượng tử hoá theo cách tương tự với các mức năng lượng trong một hố vuông. Thường chỉ mức thấp nhất bị chiếm giữ. Tất cả các điện tử khi đó chiếm cùng trạng thái đối với chuyển động theo z nhưng duy trì tự do theo 2 hướng khác là x và y. Đó là khí điện tử 2 chiều (2DEG). Nó là cơ sở đối với đa số các linh kiện điện tử trong các dị cấu trúc chiếm cùng vị trí như hố lượng tử đối với các linh kiện quang. Sự pha tạp biến điệu đạt được 2 lợi ích là nó tách các điện tử ra khỏi các chất cho của chúng để làm giảm sự tán xạ bởi các tạp ion hoá và bẫy các điện tử tới 2 chiều. Sự tinh chế tạo ra bằng cách loại bỏ một lớp đệm của AlGaAs không pha tạp giữa n-AlGaAs và GaAs làm tăng sự tách ra giữa các điện tử và các chất cho. Nó làm giảm tiếp sự tán xạ nhưng phải trả bằng giá cắt bỏ mật độ điện tử trong 2DEG. Một độ linh động cao là hết sức quan trọng trong nhiều thí nghiệm vật lí trong khi mật độ điện tử lại không quan trọng. Do đó, một đệm dày thường được sử dụng nhưng các đòi hỏi trong kĩ thuật thường là ngược lại Xây dựng các giản đồ vùng

30 3.5. Các dị cấu trúc pha tạp Ta sẽ xem xét việc xây dựng giản đồ vùng trên hình 3.9 và xem nó có thể được tổng quát hoá như thế nào cho các hệ khác. Xét một lớp dị chuyển tiếp pha tạp giữa n-AlGaAs (vật liệu A) và p - GaAs (vật liệu B. Hình 3.10 đưa ra các bước xây dựng giản đồ vùng đối với lớp dị chuyển tiếp này. Phương pháp xây dựng gần với phương pháp đối với một cấu trúc đồng nhất pha tạp nhưng cần tính đến các gián đoạn và Các bước xây dựng giản đồ vùng bao gồm (i) Bắt đầu với các vùng phẳng trong mỗi một vật liệu, với các vùng trong sự định hướng song song tự nhiên của chúng (được cho bởi qui tắc Anderson hoặc một cái gì đó tốt hơn) và các mức Fermi được thiết lập bởi sự pha tạp lên mỗi một phía. Nó cho vị trí của các vùng liên quan tới mức Fermi ở xa lớp chuyển tiếp trên mỗi một phía. Để tạm thời xoá đi ảnh hưởng của sự gián đoạn, vẽ các đường trên phía A tại Lưu ý rằng và do đó, khe vùng “hiệu dụng” là như nhau trên cả 2 phía. (ii) Định hướng các mức Fermi theo cùng một phương. Sự khác nhau của mức Fermi ở xa lớp chuyển tiếp được đặt bởi bất kì thế hiệu tác dụng nào.

31 song song nhờ thế tĩnh điện. Dạng chính xác của các
3.5. Các dị cấu trúc pha tạp Giả thiết rằng có một thế hiệu dịch dương v tác dụng lên phía B sao cho (iii) Nối với với bởi các đường cong song song nhờ thế tĩnh điện. Dạng chính xác của các đường cong này nói chung cần tìm bằng cách tính số. Đối với một bức tranh định tính, phác họa một đường cong hình chữ S mà độ cong Hình Các bước xây dựng giản đồ vùng đối với một lớp dị chuyển tiếp pha tạp giữa n-AlGaAs (vật liệu A) và p-GaAs (vật liệu B)

32 3.5. Các dị cấu trúc pha tạp của nó được cho bởi dấu của mật độ điện tích. Thường nó cho một điểm uốn tại lớp chuyển tiếp. (iv) Bây giờ khôi phục lên phía A giống như một đường tại và tại trong đó bao hàm các gián đoạn trong và tại lớp chuyển tiếp. Điều này hoàn thành việc phác họa giản đồ vùng. Các vùng bị bẻ cong ở gần lớp dị chuyển tiếp khi chúng ở trong một điôt p – n nhưng các gián đoạn trong các vùng làm xuất hiện đặc tính mới là các hạt tải có thể bị bẫy trong một hố thế tiếp theo lớp chuyển tiếp. Có một lớp tích trữ của các điện tử trên phía loại p trong ví dụ trước và điều đó không giống với lớp chuyển tiếp đồng nhất p – n mà ở đó cả 2 phía đều bị nghèo đi. Tuy nhiên, cần đưa ra những đòi hỏi cho dạng của thế tĩnh điện. Ví dụ thế là parabol trong một vùng nghèo thông thường với sự pha tạp không đổi như trong một điôt p – n gián đoạn. Mặt khác, các dị cấu trúc thường chứa một đệm không pha tạp trong đó có thể bỏ qua mật độ điện tích. Điện trường cần phải là không đổi và các vùng nghiêng tuyến tính giống như trong một điôt p - i – n. Một nghiên cứu chính xác đòi hỏi một nghiệm số tự hợp của phương trình Poisson đối với thế tĩnh điện và phương trình Schrodinger đối với các hàm sóng và mức năng lượng, với phân bố Fermi-Dirac để tìm sự chiếm giữ

33 3.5.3. Tranzito hiệu ứng trường pha tạp biến điệu
3.5. Các dị cấu trúc pha tạp của các mức. Tranzito hiệu ứng trường pha tạp biến điệu Mật độ của một 2DEG có thể được điều khiển giống như trong một MOSFET bằng cách tạo ra một tụ điện giữa 2DEG và một cổng kim loại. Việc thêm vào một nguồn và rãnh hoàn chỉnh một tranzito hiệu ứng trường (FET) gọi là tranzito hiệu ứng trường pha tạp biến điệu (MOSFET). Một cấu trúc đơn giản đối với một linh kiện tốc độ cao được chỉ ra trên hình Điện môi giữa cổng và kênh là AlGaAs trong cấu trúc này. Nó đưa ra một rào khá thấp trong kênh GaAs và các kết hợp khác của các vật lỉệu. Lớp mỏng của GaAs ở trên bề mặt chống lại sự ôxi hoá của AlGaAs ở bên dưới. Có một đệm không pha tạp của AlGaAs ở trên kênh được giữ rất mỏng để tăng mật độ điện tử. Độ linh động là một xem xét phụ. Dạng T của cổng nhằm làm giảm trở kháng của nó Hình Tiết diện đơn giản hoá qua một MOSFET GaAs-AlGaAs cao tần.

34 3.5. Các dị cấu trúc pha tạp trong lúc duy trì sự tiếp xúc của nó với kênh và cổng ở trong một hốc. Hốc làm cho cổng gần kênh hơn. Các linh kiện thực có nhiều sự tinh chế để điều khiển các ảnh hưởng kí sinh và tạo điều kiện dễ chế tạo nhưng các yếu tố cơ bản này vẫn được duy trì. Các MOSFET có thể tìm thấy trong các ứng dụng cao tần ví dụ như các bộ nhận vệ tinh phát thanh truyền hình trực tiếp chủ yếu là do nhiễu thấp của chúng. Những khó khăn nảy sinh do rào nhỏ được cho bởi trong GaAs-AlGaAs. Mặc dù trên InP là tốt hơn, hiệu suất có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách loại bỏ giới hạn lên các cấu trúc làm khớp mạng. Do đó, ta sẽ khảo sát các lớp biến dạng tích cực ở phần tiếp theo Các lớp biến dạng Hầu hết các ví dụ trong giáo trình này được lấy từ hệ vật liệu GaAs- AlAs mà nó được phát triển tốt nhất và hiện nay nó chi phối các thí nghiệm vật lí. Tuy nhiên, các tính chất của nó không thích hợp trong nhiều ứng dụng thực tế. Ví dụ như rào giữ các điện tử trong GaAs thường chỉ là 0,25 eV mà nó là quá nhỏ để bẫy các điện tử nhanh trong kênh của một FET ngắn. Trong các ứng dụng quang, khe vùng 1,4 eV tương ứng với bước sóng khoảng 0,9 μm trong

35 3.6. Các lớp biến dạng trong vùng gần hồng ngoại mà nó không thích hợp cho việc điều khiển các sợi quang kéo dài mà ở đó mong muốn có các bước sóng là 1,3 μm hoặc 1,55 μm. Một đặc tính của GaAs và AlAs là ở chỗ chúng có các hằng số mạng gần bằng nhau. Do đó, cấu trúc vi mô của ting vật liệu không bị méo dạng trong các dị cấu trúc. Có một ít cặp vật liệu giống như thế và sự lựa chọn bị hạn chế bởi các thành phần đặc biệt của các hợp kim nếu đòi hỏi các hằng số mạng phải như nhau. Ví dụ thực tế là và được làm khớp với chất nền là InP. Một phạm vi rộng hơn nhiều của các vật liệu được mở ra nếu hạn chế hằng số mạng bằng nhau bị nới lỏng. Ví dụ một sự hấp dẫn của đối với các hệ điện tử là giá trị lớn của và khối lượng hiệu dụng nhỏ đối với các điện tử trong Sự tăng phần x của In lên trên 0,53 sẽ cải thiện hơn nữa cả 2 tính chất trên với cái giá phải đưa vào biến dạng. Việc điều chỉnh phần của In cũng cho phép khe vùng được làm khớp với các yêu cầu của các sợi quang. Một hệ biến dạng hơn nữa được cho bởi hợp kim Việc bao hàm Si cho một tiềm năng thương mại rõ ràng.

36 3.6. Các lớp biến dạng Có 3 lí do chính sau đây cho việc sử dụng các lớp biến dạng - Chúng mở rộng phạm vi của các vật liệu sẵn có để điều chỉnh các tính chất quan tâm như những dịch chuyển vùng và khối lượng hiệu dụng. - Biến dạng có các ảnh hưởng mạnh lên VB và do đó cung cấp công cụ khác cho kĩ thuật xây dựng vùng. - Chúng có thể cho phép nuôi các lớp mong muốn lên trên các chất nền thường không xứng đôi nhưng thuận tiện. Tát cả các lí do trên đóng vai trò quan trọng trong nhiều linh kiện. Một điều có liên quan khác là sự bền vững trong thời gian dài của các lớp biến dạng và việc nuôi của nhiều vật liệu còn gặp nhiều trở ngại nhưng các vật liệu đó đã được sử dụng rộng rãi Các khia cạnh cấu trúc của các lớp biến dạng Có thể có 2 kết quả nếu một vật liệu được nuôi trên một vật liệu khác với hằng số mạng khác ví dụ như InGaAs trên GaAs. Ở cân bằng, InGaAs có hằng số mạng lớn hơn (hình 3.12(a)). Giả thiết rằng chất nền GaAs dày đến mức nó có thể bị méo đáng kể. Nếu InGaAs là mỏng, nó có thể biến dạng để

37 3.6. Các lớp biến dạng phù hợp với GaAs trong mặt phẳng của lớp chuyển tiếp như trên hình 3.12(b). Như vậy, hằng số mạng của nó trong mặt phẳng bị rút ngắn tới hằng số mạng của GaAs trong lúc phản ứng đàn hồi thông thường làm cho nó kéo dào dọc theo hướng nuôi. InGaAs bị méo nặng và năng lượng đàn hồi tăng lên. Ứng suất là rất lớn so với các ứng suất chịu đựng được bởi các mẫu vĩ mô (thậm chí các cấu trúc GaAs- AlAs thường được coi là “khớp mạng” chứa các ứng suất lớn theo các chuẩn thông thường). Ứng suất như thế chỉ có thể chịu đựng được trong một màng mỏng và sự hồi phục xảy ra trong một màng dày. Do đó, InGaAs tiếp tục có hằng hằng số mạng tự nhiên của nó. Sự làm khớp lí tưởng của các nguyên tử tại lớp dị chuyển tiếp – một giả thuyết H Sự nuôi của trên chất nến GaAs. (a) Các lớp tách ra ở cân bằng; (b) Lớp mỏng InGaAs ở trên GaAs trong mặt phẳng của lớp dị dị chuyển tiếp;(c) Lớp dày hơn trong đó biến dạng bị nới lỏng nhờ vào một lệch mạng không khớp tại dị giao diện như chỉ ra bởi một dấu sao.

38 3.6. Các lớp biến dạng cơ bản trước đây của chúng ta – không thể lâu hơn nữa. Để thay thế, sự khác biệt hằng số mạng được tiếp tục bởi các lệch mạng không khớp như chỉ ra trên hình 3.12(c). Nhiều liên kết bị phá vỡ khi tạo thành các lệch mạng và nó đòi hỏi một năng lượng tỉ lệ với thể tích mẫu. Năng lượng đàn hồi của một lớp biến dạng cũng gần đúng tỉ lệ với bề dày của nó. Do đó, tồn tại một bề dày tới hạn mà khi bề dày vượt quá nó thì xuất hiện các lệch mạng. Sự cân bằng này của các năng lượng giữa biến dạng và sự phát sinh các lệch mạng cho một dạng đơn giản hoá của tiêu chuẩn Matthews-Blakeslee đối với sự bền vững của một lớp biến dạng. Từ hình 3.12(c) dường như là các khuếch tật gắn với một lớp nới lỏng được định xứ bên trong mặt phẳng của giao diện.Các lệch mạng không thể đơn giản bắt đầu hoặc kết thúc ở bất cứ chỗ nào và có thể quay về phía trên để trở thành các lệch mạng đường ren kết thúc trên bề mặt ló ra của mẫu. Chúng cực kì có hại nếu chuyển qua vùng hoạt động của một linh kiện. Hiện nay, người ta quan tâm đến việc nuôi các lớp đệm nới lỏng dày sao cho các chất nền sẵn có dễ dàng và rẻ đáng chú ý là Si hoặc GaAs có thể được sử dụng

39 3.6. Các lớp biến dạng trong các vật liệu có các hằng số mạng khác nhau mà chúng được lựa chọn cho các tính chất điện tử cao cấp của chúng. Việc điều khiển các lệch mạng đường ren và các khuếch tật khác đưa ra một thách thức công nghệ chủ yếu trong các cấu trúc biến chất này Ảnh hưởng của biến dạng lên cấu trúc vùng Ảnh hưởng rõ ràng nhất của biến dạng là làm di chuyển các khe vùng. Nó được biểu diễn theo các thế biến dạng mà ta sẽ sử dụng chúng để tính tán xạ điện tử - phonon. Đối với các điện tử, việc sử dụng chính của biến dạng là để điều khiển gián đoạn mà nó cần nhất để bẫy các hạt tải trong một linh kiện thực. Nó được khai thác trong các tranzito hiệu ứng trường giả hình với một kênh biến dạng ví dụ như InGaAs trên một chất nền GaAs. Các phức tạp nảy sinh nếu có nhiều thung lũng trong CB mà ta sẽ xem xét sau đối với Si -Ge. Biến dạng có các ảnh hưởng mạnh hơn lên các VB suy biến ở gần và mở ra con đường quan trọng khác cho kỹ thuật xây dựng vùng. Một giải thích đơn giản đối với đỉnh của các VB được cho trong phần trên cơ sở bức tranh của các quĩ đạo và Nó có thể được mở rộng để bao hàm biến dạng.Đối xứng lập phương đòi hỏi rằng các quĩ đạo này và các vùng thu được của chúng bị suy biến trong các tinh thể không biến dạng. Sự méo của

40 3.6. Các lớp biến dạng Hình Ảnh hưởng của biến dạng lên các vùng của một bándẫn và nó chỉ ra sự tách của VB. Khe vùng bị thu hẹp nhiều. Lớp hoạt động có hằng số mạng nhỏ hơn trong (a), không bị biến dạng trong (b) để chỉ ra cấu trúc vùng thông thường và có hằng số mạng lớn hơn trong (c) mà nó áp dụng ví dụ cho InGaAs trên GaAs. Vectơ sóng ở trong mặt phẳng vuông góc với hướng nuôi mà nó được lấy dọc theo hướng z. lớp biến dạng trên hình 3.12(b) làm giảm đối xứng của nó tới đối xứng tứ giác (đối xứng quay 4 lần đối với trục nuôi). Ảnh hưởng điện tử quan trong nhất của biến dạng là làm thay đổi năng lượng của quĩ đạo định hướng dọc theo hướng nuôi trong khi năng lượng của các quĩ đạo được giữ suy biến.

41 3.6. Các lớp biến dạng Ảnh hưởng của sự nén mạng trong mặt phẳng của lớp chuyển tiếp được minh họa trên hình 3.13(c). Năng lượng của giảm và do đó, VB đỉnh tăng từ và Nó là nặng dọc theo nhưng có một thành phần nhẹ đối với vectơ sóng trong mặt phẳng xy (lưu ý Do đó, vùng là bất đẳng hướng và chuyển động trong mặt phẳng của lớp chuyển tiếp bị chi phối bởi một khối lượng nhẹ. Điều đó làm tăng độ linh động của các lỗ trống. Vùng từ nằm xa hơn so với khe vùng. Nó là nhẹ đối với và nặng đối với Bức tranh bị phức tạp hoá bởi liên kết spin – quĩ đạo nhưng giải thích này tính đến các đặc tính chung của hình Trật tự ngược lại của các vùng được quan sát thấy trên hình 3.13(a) trong đó lớp hoạt động có hằng số mạng tự nhiên nhỏ hơn. Một ví dụ là Si trên Si-Ge. Các vùng trong một hố lượng tử biến dạng bị ảnh hưởng bởi cả biến dạng và sự giam cầm. Chúng làm giảm sự đối xứng theo cách tương tự và sự giam cầm có ảnh hưởng giống như biến dạng trên hình 3.13(c). Hai ảnh hưởng được kết hợp với nhau một cách hợp tác trong một lớp biến dạng của InGaAs ở giữa GaAs và đẩy các VB đỉnh ra xa hơn. Nó mở rộng phạm vi của mà đối với nó VB đỉnh là nhẹ trước khi nó gặp vùng khác. Nó cũng có nghĩa là

42 3.7. Các dị cấu trúc silic-gecmani
3.6. Các lớp biến dạng một mật độ lỗ trống lớn hơn có thể được chứa ở riêng vùng đỉnh trước khi khe vùng tiếp theo cũng được định chỗ. Hiệu suất của các laze bán dẫn được cải thiện cơ bản bởi việc sử dụng các hố lượng tử biến dạng và khai thác những thay đổi này. Mặc dù ảnh hưởng rõ ràng nhất của biến dạng là làm thay đổi năng lượng của các vùng, nó không phải là ảnh hưởng duy nhất. Hiệu ứng áp điện cũng được sử dụng để giam cầm các điện tử vào các dây và chấm và để cung cấp các trường gắn liền dọc theo trục nuôi của các hố lượng tử. 3.7. Các dị cấu trúc silic-gecmani Vị trí thương mại nổi trội của Si bảo đảm một vị trí quan trọng của Si đối với các dị cấu trúc. Các hằng số mạng của Si và Ge ở nhiệt độ phòng là 0,543 nm và 0,564 nm và chỉ khác nhau khoảng 4%. Do đó, biến dạng là không thể tránh được. Các khe vùng là 1,12 eV và 0,66 eV chuyển thành các bước sóng 1,1 μm và 1,9 μm. Đó là các bước sóng quan trọng cho các sợi đơn mode. Một lớp biến dạng của Si lên Ge có một khe thậm chí nhỏ hơn và nó mở rộng hơn khoảng bước sóng sẵn có. Do khe vùng là gián tiếp nên sự phát ánh sáng là không chắc chắn nhưng có thể ghi được và nó làm tăng tiềm năng của các

43 3.7. Các dị cấu trúc silic-gecmani
linh kiện quang điện tử tích hợp. Một phạm vi rộng của các lớp đã được nghiên cứu mà nó nói chung có thể được mô tả theo một chất nền mà nó thiết lập hằng số mạng trong mặt phẳng và một lớp hoạt động của Lớp hoạt động bị biến dạng trừ khi x = y. Khi đó, cả sự kéo và sự nén đều có thể xảy ra. Ảnh hưởng của biến dạng lên cấu trúc vùng bây giờ thậm chí phong phú hơn. VB bị tách ra như trên hình 3.13 với tất cả 3 khả nâng có thể có. Cả Si và Ge có nhiều thung lũng trong CB nhưng chúng ở tại các điểm khác nhau trong không gian là X trong Si và L trong Ge. Cực tiểu chuyển qua lại giữa chúng tại trong hợp kim không biến dạng Đối xứng giảm đi của một lớp biến dạng phá vỡ suy biến của 6 thung lũng X trong hợp kim giàu silic. 2 thung lũng dọc theo hướng nuôi (giả thiết hướng (100) trên chất nền) tạo thành một cặp tách ra khỏi 4 thung lũng khác trong mặt phẳng của giao diện được kí hiệu là mà chúng duy trì sự suy biến. 4 thung lũng L trong các hợp kim giàu gecmani vẫn tương đương. Hình 3.14 chỉ ra các tính toán đối với các dịch chuyển trong CB và VB đối với một lớp hoạt động của mà nó bị biến dạng để phù hợp với một

44 3.7. Các dị cấu trúc silic-gecmani
chất nền của Các dịch chuyển được xác định bởi và Do đó, một dịch chuyển dương của có xu hướng giam cầm các điện tử trong chất nền trong khi một dương giam cầm các lỗ trống trong lớp hoạt động. Bước nhảy sinh ra từ sự thay đổi bản chất của các cực tiểu thấp nhất của CB trong 2 vật liệu. Đối với lớp hoạt động, nó là khi x < y và khi x > y ngoại trừ khi cả x và y gần 1 khi đưa vào các cực tiểu L. Hai bước nhảy có cùng dấu qua gần hết đồ thị và nó cho sự định hướng loại II hay sự định hướng lệch nhau. Những sự định hướng riêng đối với 2 dị cấu trúc giữa Si và được chỉ ra trên hình 3.15. Hình Các dịch chuyển trong (a) CB và (b) VB giữa chất nền lớp hoạt động bị biến dạng để làm khớp chất nền. Các dịch chuyển được xác định bởi

45 3.7. Các dị cấu trúc silic-gecmani
Hình Các định hướng vùng tại 2 lớp dị chuyển tiếp giữa Si và (a) Chất nền Si với lớp hoạt động biến dạng (b) Chất nền với lớp hoạt động biến dạng của Si. Lưu ý khe vùng thu hẹp của Si. Ở đây một bước nhảy hoặc dương cho sự giam cầm trong lớp hoạt động. Si là chất nền trên hình 3.15(a) với một lớp biến dạng của Phần lớn sự dịch chuyển là ở trong VB và bản chất loại II là rõ ràng. Hằng số mạng tự nhiên của lớp hoạt động là lớn hơn so với chất nền và do đó, các VB bị tách ra theo hình 3.13(c). Nó cho một khối lượng nhẹ đối với chuyển động trong mặt phẳng của giao diện. Một khí lỗ trống 2 chiều (2DHG) có thể bị bẫy tại lớp dị chuyển tiếp này và độ linh động đo được là Nó tiếp cận giá trị đỉnh tìm được đối với các điện tử trong một MOSFET là khá nhỏ để bẫy các lỗ trống một cách có hiệu quả nhưng một lớp bị che lấp có thể được bao hàm trong một cấu trúc

46 3.7. Các dị cấu trúc silic-gecmani
MOSFET thông thường để làm tăng độ linh động của các lỗ trống. Điều này rất quan trọng trong thực tế vì công nghệ bán dẫn – ôxit – kim loại bổ sung (CMOS) sử dụng các MOSFET cả kênh p và kênh n. Độ linh động thấp hơn của các lỗ trống có nghĩa là các linh kiện kênh p qui ước cần phải lớn hơn các linh kiện kênh n tương ứng để cho cùng một dòng đi qua. Các lớp biến dạng bị che lấp của hồi phục sự cân bằng giữa 2 cực tính của tranzito và điều đó làm tăng mật độ sắp xếp và có thể cả tốc độ. Si tạo ra lớp hoạt động trên hình 3.15(b) bị biến dạng để phù hợp với một “chất nền” Thực tế là chất nền thực có thể là Si với lớp biến chất dày của hợp kim mà nó hồi phục như trên hình 3.12(c). Mặc dù sự định hướng song song còn là loại II, bước nhảy lớn hơn bây giờ là ở trong CB và các điện tử có thể bị bẫy trong lớp hoạt động để tạo thành một 2DEG. Các thung lũng thấp nhất trong CB là cặp mà chúng có khối lượng dọc nặng dọc theo hướng nuôi và khối lượng ngang nhẹ trong mặt phẳng của giao diện. Như vậy, chuyển động trong 2DEG bị chi phối bởi mà nó nhỏ hơn khối lượng trung bình là 0,33 trong Si không biến dạng.

47 3.7. Các dị cấu trúc silic-gecmani
Nó đóng góp vào độ linh động tìm được đối với các điện tử tại lớp dị chuyển tiếp này ở trên giá trị độ linh động trong một MOSFET mà ở đó nó bị giới hạn bởi các tính chất của giao diện Một ứng dụng khác của các dị cấu trúc Si- Ge là ở trong các tranzito lưỡng cực lớp dị chuyển tiếp. Chúng sử dụng một cực phát với một khe vùng rộng hơn so với cực đáy để tăng hiệu quả của cực phát. Nó cho phép cực đáy được pha tạp cao hơn, làm giảm trở kháng và loại bỏ một trong các giới hạn lên hiệu suất cao tần. Nhiều nghiên cứu hướng vào các siêu mạng Si-Ge. Một mục đích riêng là nhằm thay đổi cấu trúc CB để đưa cực tiểu tới và cho một khe trực tiếp. Mục tiêu còn chưa được thực hiện là sự phát sáng có hiệu quả. Đó là một hệ quả dẫn tới có thể đưa các vật liệu III – V ra khỏi các hoạt động thương mại Các dây và chấm Các cấu trúc ở trên được xếp thành lớp và giam cầm các hạt tải trong một mặt phẳng hoặc cung cấp một thế 1 chiều mà các hạt tải chuyển động qua nó. Bước tiếp theo trong sự phức tạp hóa là đưa ra 1 chiều khác sao cho chuyển động tự do là có thể có chỉ dọc theo 1 chiều. Có 2 cách tiếp cận. Cách thứ I là

48 3.8. Các dây và chấm người ta có thể nuôi một cấu trúc xếp thành lớp và chống tiếp cấu trúc lên đó. Cách thứ II là tạo ra mẫu 2 chiều trong quá trình nuôi. Cách đầu được sử dụng rộng rãi hơn đặc biệt là đối với các ứng dụng điện tử nhưng không thể làm khớp các kích thước nguyên tử được đề xuất bởi sự nuôi có điều khiển. Các lớp thường được tạo hình theo 2 bước. Trong bước I, vùng mong muốn được vạch đường ranh giới trong một lớp bảo vệ bởi kĩ thuật in litô và hình này sau đó được chuyển tới bán dẫn bằng cách khắc axit vật liệu hoặc kết tủa một lớp khác thường là kim loại lên bề mặt của nó. Một ví dụ đơn giản là việc chế tạo một cổng kim loại bằng kĩ thuật in litô chùm phân tử và phóng thẳng đứng lên được chỉ ra trên hình Lớp bảo vệ chống ăn mòn là một lớp mỏng của polymetylmetacrylat (PMMA, còn có tên là Perspex hoặc Plexiglas). Một chùm điện tử được quét qua các vùng của lớp bảo vệ được Hình Chế tạo một cổng kim loại bằng kĩ thuật in litô chùm điện tử và phóng thẳng lên trên. (a) Sự phơi lớp bảo vệ dưới chùm điện tử; (b) Sự phát triển của lớp bảo vệ; (c) Sự kết tủa của kim loại; (d) Sự phóng thẳng lên trên để lại cổng kim loại.

49 3.8. Các dây và chấm loại bỏ trong một thiết bị giống như một kính hiển vi điện tử quét. Các ưu điểm của kĩ thuật này bao gồm thang đo tinh vi của các hình ảnh có thể vẽ được và tính đa năng của nó. Một nhược điểm cơ bản là nó là một quá trình nối tiếp nhau và do đó rất chậm. Chùm điện tử phá vỡ các chuỗi polyme mà chúng khi đó có thể được hoà tan dễ dáng hơn trong thuốc rửa ảnh và nó để lại các vùng không bị ló ra. Một lớp kim loại mỏng được lắng tiếp trên toàn bộ bề mặt. Cuối cùng mẫu được nhúng trong một dung môi để loại bỏ lớp bảo vệ còn lại, kim loại trên đỉnh của lớp bảo vệ được phóng thẳng lên trên và chỉ để lại kim loại đã kết tủa trên bề mặt bán dẫn. Các mép của lớp bảo vệ cần phải thẳng đứng hoặc việc tiện rãnh trong cho sự phóng thẳng lên trên cần phải đáng tin cậy mà nó thường đòi hỏi các lớp bảo vệ 2 lớp hoặc thậm chí 3 lớp. Có một phạm vi rất rộng của của các quá trình sử dụng khác. Đặc biệt là lớp bảo vệ còn lại có thể được sử dụng như một mặt nạ để chống lại sự khắc axit cho vùng bên dưới. Sự khắc axit có thể là ẩm khi sử dụng các hoá chất trong dung dịch hoặc khô mà ở đó có sử dụng một plasma. Khắc axit ẩm tạo ra ít hư hỏng và nhiều quá trình lựa chọn đã được phát triển để di chuyển vật liệu

50 3.8. Các dây và chấm ở tốc độ phụ thuộc vào thành phần của nó hoặc thậm chí sự định hướng tinh thể của nó. Khắc axit khô tạo ra các các cấu trúc sắc nét hơn với các tường bên thẳng đứng nhưng thường với cái giá hư hỏng vật liệu ở dưới bề mặt khắc axit. Hình 3.17 chỉ ra 3 cách giam cầm các điện tử trong một 2DEG trong một băng hẹp tạo thành một dây lượng tử (quantum wire) mà ở đó chuyển động tự do chỉ có thể có dọc theo chỉều dài. Các cấu trúc này rõ ràng có liên quan đến các ống dẫn sóng điện từ. Có lẽ phương pháp rõ ràng nhất là khắc axit vật liệu không mong muốn, loại bỏ 2DEG để bỏ lại một gờ hoặc núi mặt bàn hẹp có chứa dây. Một đặc tính của GaAs là tồn tại các trạng thái bề mặt mà chúng hấp thụ một mật độ lớn của các điện tử hoặc lỗ trống và phát sinh các vùng nghèo ở dưới không chứa điện tử. Như vậy, bề rộng hoạt động của dây nhỏ hơn nhiều so với bề rộng của gờ trên hình 3.17(b). Bất kì hư hỏng nào Hình Giới hạn của một 2DEG cho một dây bởi (a) khắc axit sâu, (b) khắc axit nông và (c) thế hiệu dịch âm trên cổng tách.

51 3.8. Các dây và chấm xảy ra trong khi khắc axit được giữ tránh khỏi vùng hoạt động. Phương pháp thứ ba nhằm lắng một cổng tách ra trên bề mặt. Một thế hiệu dịch âm trên cổng này đẩy các điện tử ở phía trước, để lại một kênh hẹp ở dưới khe mà nó tạo thành dây. Chiều rộng của dây có thể được điều khiển qua thế hiệu dịch trên các cổng. Đó là một ưu điểm quan trọng đối với các linh kiện thí nghiệm. Kỹ thuật này chứng tỏ là cực kì đa năng và được sử dụng để định ra các kênh phức tạp hơn nhiều so với một dây đơn giản. Một ví dụ là sự co thắt hẹp dùng để chứng minh độ dẫn lượng tử hoá của một hệ 1 chiều. Một nhược điểm chung của cả 3 phương pháp là ở chỗ thế của các điện tử được điều khiển khá lỏng lẻo. Các chiều ngang như khe giữa các cổng bị giới hạn bởi sự xử lí và thường lớn hơn 50 nm. Các điện tử cũng thường ở dưới bề mặt 50 nm hoặc hơn. Mặc dù thế tĩnh điện ở mép của một cổng có thể được mô hình hoá như là một bậc sắc nét, nó mở rộng khi nó đi xuống tới 2DEG. Việc điều khiển dây chính xác hơn có thể thu được nếu các hạt tải bị giam cầm theo cả 2 chiều bởi các lớp dị chuyển tiếp. Do đó, có nhiều thử nghiệm nuôi các dây một cách trực tiếp. Phần lớn các phương pháp đòi hỏi rằng chất nền được tạo hình theo một cách nào đó trước khi nuôi và hình3.18

52 chỉ ra một phương pháp có hiệu quả.
3.8. Các dây và chấm Hình Sự nuôi của các dây trên một chất nền ở xa trục. (a) Chất nền trước khi nuôi chỉ ra các các nền và bậc trên bề mặt ở xa trục; (b) Dòng AlAs áp dụng (với chuyển động của các nguyên tử trên bề mặt) cho các bậc mà chúng gắn chặt vào đó; (c) Việc hoàn thành một nửa lớp đơn của AlAs; (d) Việc nuôi tiếp một nửa lớp đơn của GaAs; (e) Việc nuôi nhiều lớp chỉ ra sự phát triển của siêu mạng. chỉ ra một phương pháp có hiệu quả. Chất nền được chế tạo cố ý tách xa một chút bề mặt (001) thường được sử dụng để nuôi. Trên thang nguyên tử, bề mặt của chất nền ở xa trục như vậy bao gồm các nền ngắn được tách ra bởi các bậc. Khi một dòng của Al và As đi vào, các nguyên tử rơi xuống bề mặt. Các điều kiện được chọn sao cho chúng dễ biến đổi và có thể khuếch tán xung quanh bề mặt. Chúng thích gắn

53 3.8. Các dây và chấm chặt tại các bậc hơn là ở giữa các nền. Nếu có đủ các chất phản ứng cho một nửa lớp đơn và bề mặt lấy trạng thái có năng lượng thấp nhất, cấu trúc thu được trên hình 3.18(c). Việc lặp lại quá trình để nuôi một nửa lớp đơn của GaAs làm hồi phục các bậc tới các vị trí ban đầu của chúng trong mặt phẳng nhưng một lớp đơn cao hơn. Chuỗi nối tiếp của các một nửa lớp được lặp lại và kết quả lí tưởng như chỉ ra trên hình 3.18(e). Việc điều khiển nuôi tinh tế là rất quan trọng và một số cấu trúc đáng chú ý đã được nuôi chẳng hạn bởi MOCVD. Nhiều kĩ thuật đã mô tả ở một chừng mực nào đó được mở rộng để giam cầm các điện tử theo cả 3 chiều và nó tạo thành các chấm lượng tử (quantum dot). Điều quan tâm là việc nuôi các cấu trúc không cần đến kĩ thuật in litô hoặc khắc axit. Một lớp mỏng của InAs trên GaAs có xu hướng tự nhiên tụ lại vào trong các chấm và các cấu trúc tự tổ chức này hiện nay đang thu hút sự quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu Sự giam cầm quang Ở trên ta chỉ xem xét sự giam cầm của các điện tử và lỗ trống nhưng trường quang cũng cần phải được giam cầm trong một cấu trúc quang điện tử. Bài

54 3.9. Sự giam cầm quang toán này là rất tương tự về nguyên lí mặc dù bản chất vectơ của ánh sáng làm cho các tính toán khó khăn hơn. Số sóng và tần số của các hạt liên hệ với nhau bởi trong khi đối với các photon, Ở đây, là hằng số điện môi phức và là chiết suất. Các hệ thức giữa số sóng và tần số đối với các hạt và các photon là tương tự nhưng có một số sự khác nhau cơ bản. Sự sai khác là âm trong một rào và nó cho một số sóng ảo trong khi nó hiếm khi thực đối với Mặt khác, hằng số điện môi là phức với một phần ảo thường biểu diễn sự tổn hao. Nó mô tả sự hấp thụ của các photon nhưng các điện tử cần phải được bảo toàn và do đó không thể có một “hằng số điện môi” phức. Ánh sáng có xu hướng lan truyền trong các miền với một chiết suất cao hơn theo cùng một cách như các hạt có thể bị bẫy trong các miền có thế năng thấp hơn. Điều này có thể xem như sự phản xạ trong toàn phần của các tia trong môi trường có chiết suất cao hơn. Một khe vùng nhỏ hơn thường gắn với một chiết suất lớn hơn và lớp kẹp như GaAs ở giữa các lớp AlGaAs do đó có xu hướng dẫn cả các hạt và các sóng trong GaAs.Lí thuyết của các ống dẫn sóng nhớt là rất tương tự với lí thuyết của một hạt trong một hố thế hữu hạn. Các

55 3.9. Sự giam cầm quang thang chiều dài là tương đối khác nhau do bước sóng khoảng 1μm đối với ánh sáng nhìn thấy nhưng chừng 50 nm đối với các điện tử. Như vậy, một cấu trúc dị thể kép (DH) như hình 3.19(a) dẫn sóng một cách có hiệu quả chỉ khi nó rộng đến mức sự lượng tử hoá của các trạng thái điện tử là không quan trọng. Một hố hẹp với các mức năng lượng cách nhau rộng cho sự giam cầm rất yếu của mode quang. Một giải pháp là giam cầm ánh sáng và các hạt một cách tách rời với một hố bên trong hẹp đối với các hạt và một vùng bên ngoài rộng hơn đối với ánh sáng. 2 biên dạng chung là dị cấu trúc giam cầm tách rời (SCH) với một thành phần tạo bậc và dị cấu trúc giam cầm tách rời chỉ số bậc (GRINSCH) như chỉ ra trên các hình 3.19(a) và (c). Vùng bên trong có Hình Biên dạng của CB và VB và chiết suất qua các lớp thiết kế để dẫn ánh sáng và bẫy các hạt tải: (a) Dị cấu trúc kép (DH); (b) Dị cấu trúc giam cầm tách rời (SCH); (c) Dị cấu trúc giam cầm tách rời chỉ số bậc (GRINSCH).

56 thể là một hố lượng tử đa lớp khác với một lớp đơn
3.9. Sự giam cầm quang thể là một hố lượng tử đa lớp khác với một lớp đơn Ngay khi các điện tử có thể bị giam cầm nhiều hơn trong các dây, ánh sáng có thể bị giam cầm theo 2 chiều sóng như các sóng viba trong một ống dẫn sóng kim loại thường. Nhiều kĩ thuật đã được sử dụng trong đó có 3 kĩ thuật được chỉ ra trên hình Dị cấu kép bị che lấp là phức tạp cho việc chế tạo do một núi mặt bàn cần được khắc axit để giới hạn vùng hoạt động và sau đó là việc nuôi lại một vật liệu với chiết suất thấp hơn để dẫn ánh sáng song song với các giao diện ban đầu. Ưu điểm là có thể đạt được sự giam cầm mạnh. Sự dẫn đỉnh sóng trên hình 3.20(b) là dễ chế tạo hơn nhiều vì chỉ đòi hỏi khắc axit bề mặt nhưng dẫn ánh sáng yếu hơn. Cuối cùng hình 3.20(c) chỉ ra một ứng dụng quang của một siêu mạng. Ánh sáng đi dọc theo dẫn đỉnh sóng trải qua một nhiễu tuần hoàn do các đỉnh ngang bị khắc axit vào trong lớp dẫn Hình Các tiết diện qua 3 ví dụ dẫn sóng quang giam cầm bên: (a) Dị cấu trúc bị che lấp; (b) Dẫn sóng gờ; (c) Bộ phản xạ Bragg phân bố trên một dẫn sóng gờ.

57 3.9. Sự giam cầm quang sóng. Chúng gây ra sự phản xạ theo điều kiện Bragg và có thể được dùng để tạo ra một hốc quang trong một laze. Phương pháp giống như sự hồi phục phân bố (DFB) hay một bộ phản xạ Bragg phân bố (DBR) phụ thuộc vào cấu hình. Các laze như thế có độ rộng vạch nhỏ hơn so với các laze sử dụng một hốc Fabry-Pérot qui ước. Các siêu mạng cũng có thể được tạo ra bằng cách nuôi như trong phần và đã được dùng làm các bộ phản xạ Bragg phân bố để tạo thành hốc trong các laze phát xạ bề mặt thẳng đứng. Một siêu mạng xếp thành lớp sinh ra một khe vùng chỉ đối với chuyển động theo một hướng vì không có ảnh hưởng song song với các lớp. Việc tạo hình tiếp để cho một thế tuần hoàn 3 chiều như trong một tinh thể rắn có thể tạo ra một phạm vi của các tần số hoặc khe vùng photon mà ở đó không có các mode ánh sáng nào có thể lan truyền. Việc điều khiển các linh kiện qua các tính chất quang đặc biệt là sự phát xạ tự phát của chúng có thể dẫn tới các linh kiện quang điện tử cải tiến. Điều này kết thúc tổng quan về phạm khổng lồ của các dị cấu trúc trong ứng dụng. Trước khi nghiên cứu cấu trúc điện tử chúng, ta xem xét phép gần đúng khối lượng hiện dụng – nền tảng lí thuyết về các bán dẫn dị thể.

58 3.10. Phép gần đúng khối lượng hiệu dụng
Một trong những sự đơn giản hoá đã được sử dụng trên đây là cần giả thiết rằng cấu trúc vùng của các bán dẫn tinh thể phần lớn có thể được bỏ qua và chỉ giữ lại năng lượng và khối lượng hiệu dụng tại điểm tận cùng của mỗi một vùng. Bây giờ ta sẽ tìm hiểu phép gần đúng khối lượng hiệu dụng, xem xét các giới hạn của nó và làm sáng tỏ xem nó có thể được sử dụng an toàn ở đâu. Giả sử ta thêm một nhiễu loạn như một tạp chất vào một tinh thể lí tưởng. Tổng quát hơn, nhiễu loạn có thể là một hố lượng tử, rào thế, siêu mạng hoặc thế từ một cổng mô hình trong một 2DEG. Phương trình Schrodinger có dạng Ở đây, là toán tử Hamilton đối với tinh thể lí tưởng và là đóng góp bổ sung từ tạp chất. Khó giải phương trình (3.2) đối với một tinh thể lí tưởng và do đó phương trình này đưa ra một thách thức rất lớn. Mặt khác, các giáo trình cơ bản đưa ra các kết quả đơn giản đối với một chất cho hoặc một chất nhận trong một bán dẫn. Một chất cho có dáng điệu như thể nó có một điện tích ion dương phụ được bù trừ bởi một điện tử phụ với các dấu đảo ngược đối với các chất nhận. Do đó, tạp chất có dáng điệu giống

59 3.10. Phép gần đúng khối lượng hiệu dụng
với một nguyên tử hiđrô nhưng khối lượng được định thang lại tới khối lượng hiệu dụng của các điện tử hoặc lỗ trống và điện tích được che chắn bởi hằng số điện môi của vật chủ. Cả 2 ảnh hưởng làm giảm năng lượng ion hoá một cách pang kể từ 13,6 eV trong hiđrô xuống chỉ còn 5 meV đối với một chất cho trong GaAs. Qui trình đơn giản này được chứng minh bởi lí thuyết khối lượng hiệu dụng (hoặc hàm Hamilton hiệu dụng). Điều hấp dẫn là lí thuyết đem lại một kết quả dễ hiểu như thế nhưng cần phải chỉ rõ các giới hạn của lí thuyết này. Xét một hệ 1 chiều để đơn giản hóa kí hiệu. Giả sử ta giải phương trình Schrodinger đối với tinh thể lí tưởng: Các nghiệm của (3.3) tạo thành một hệ đủ (phần 1.6). Hàm sóng của hệ với tạp chất do đó có thể được khai triển theo thành trong đó là các hệ số khai triển. Nó có cả một tổng theo mọi vùng n và một tích phân theo k trong miền Brillouin để bao hàm mọi trạng thái. Có

60 3.10. Phép gần đúng khối lượng hiệu dụng
thể thay (3.4) vào (3.2) để tìm Dĩ nhiên, nó còn là một nghiệm chính xác và không dễ làm về nguyên lí hơn so với việc giải phương trình ban đầu một cách trực tiếp. Hàm sóng cần phải được đơn giản hoá để tạo ra sự tiến triển xa hơn. Ta sẽ thực hiện một hệ của các phép gần đúng mạnh để đạt được một kết quả dễ hiểu và xét xem chúng có thể được hồi phục sau đó như thế nào. Bước I là giả thiết rằng các hàm sóng chỉ từ một vùng đóng một vai trò quan trọng và do đó có thể bỏ đi việc lấy tổng theo n. Khi lấy một chất cho trong GaAs làm ví dụ, ta hi vọng các trạng thái được lấy phần lớn từ vùng dẫn đáy VB và CB ở cao hơn chỉ có đóng góp nhỏ. Năng lượng của chất cho gần với mép CB nhưng ở xa các vùng khác. Do đó, phép gần đúng có thể là tốt. Bước II là giả thiết rằng các trạng thái chỉ từ một vùng nhỏ của không gian k có đóng góp quan trọng vào tích phân. Trong trường hợp của một chất cho, ta hi vọng rằng k nằm xung quanh 0 khi đáy CB ở Bây giờ, các hàm Bloch có thể được viết thành trong đó là một hàm tuần hoàn của x. Giả thiết rằng phần lớn sự thay đổi của theo k xuất phát từ sóng phẳng và có thể được nghiên cứu không phụ thuộc vào

61 3.10. Phép gần đúng khối lượng hiệu dụng
k trong một vùng nhỏ của không gian k. Như vậy, ta có đối với các giá trị nhỏ của k. Với 2 sự đơn giản hoá trên đây, hàm sóng (3.4) lấy dạng của một phép biến đổi Fourier ngược Đó là kết quả chính đầu tiên của lí thuyết khối lượng hiệu dụng được minh họa trên hình Hàm sóng gần đúng là tích của hàm Bloch của cực trị địa phương của các vùng năng lượng của vật chủ và hàm bao Giả thiết chỉ chứa một khoảng nhỏ của các số sóng , nghĩa là cần phải là một hàm thay đổi chậm trong không gian thực. Điều này cần được kiểm tra chẳng hạn như bán kính của một chất cho vào khoảng 10 nm trong GaAs mà nó là lớn so với hằng số mạng là 0,5 nm. Hình Hàm sóng xung quanh một tạp và nó chỉ ra hàm bao làm biến điệu hàm Bloch để cho hàm sóng đầy đủ

62 3.10. Phép gần đúng khối lượng hiệu dụng
Ta cần một phương trình cho hàm bao. Thay (3.4) vào (3.2). Bài toán chính là ảnh hưởng của Nếu ta làm phép rút gọn tới một vùng đơn giản, toán tử này cho Toán tử tác dụng lên x và do đó chỉ ảnh hưởng đến Nó là một hàm riêng của phương trình Schrodinger (3.3) đối với tinh thể thuần tuý và do đó, toán tử có thể được thay bằng trị riêng của nó. Cuối cùng, ta thực hiện phép gần đúng (3.5) đối với các hàm Bloch. Tiếp theo, khai triển vùng năng lượng thành một chuỗi lũy thừa của k: Nó cho Đối với biến đổi Fourier của một đạo hàm,

63 3.10. Phép gần đúng khối lượng hiệu dụng
Như vậy, biến đổi Fourier ngược của là và nó có thể tổng quát hoá để chứng tỏ rằng biến đổi ngược của là (3.8) trở thành Biểu thức không đơn giản hơn so với một sự viết tắt đối với phương trình ở bên trái. Nó có nghĩa là người ta cần lấy khai triển nó theo một chuỗi lũy thừa của k và thay k bằng –id/ dx ở mỗi một số hạng. Nói chung, có một số vô hạn các số hạng và do đó, là một biểu thức gây khó chịu bất kể sự xuất hiện rõ ràng của nó. Như vậy, ta đã rút gọn phương trình Schrodinger (3.2) tới một dạng đơn giản đáng kể do các số hạng còn lại và đơn giản là sự nhân với hàm sóng. Hệ số chung triệt tiêu để có Kết quả cuối cùng là phương trình Schrodinger đối với riêng hàm bao trong

64 3.10. Phép gần đúng khối lượng hiệu dụng
đó chứa toán tử Hamilton hiệu dụng. Các hàm Bloch bị triệt tiêu giống như có thế tuần hoàn của vật chủ và nó tạo điều kiện cho một toán tử động năng phức tạp chứa cấu trúc vùng. Trong trường hợp 3 chiều, được thay bằng Sự chuẩn hoá hàm bao là một bài toán phụ do hàm sóng đầy đủ là tích của và Toán tử Hamilton hiệu dụng còn cực kì phức tạp nếu vẫn giữ cấu trúc vùng đầy đủ. Tuy nhiên, ta cũng đã giả thiết rằng hàm sóng được rút ra chỉ từ một vùng nhỏ của không gian và ta có thể đơn giản hoá để thích hợp với điều đó. Ví dụ đáy CB trong GaAs gần đúng bằng và việc thay cho Khi thay nó vào trong phương trình Schrodinger hiệu dụng (3.11), ta thu được Đó là một phương trình Schrodinger giống với phương trình Schrodinger đối với các điện tử tự do ngoại trừ khối lượng hiệu dụng với năng lượng đo từ đáy CB.

65 3.10. Phép gần đúng khối lượng hiệu dụng
Trong trường hợp của một chất cho với thế Coulomb hút, phương trình Schrodinger trở thành Nó giống như phương trình Schrodinger đối với một nguyên tử hiđrô ngoại trừ khối lượng hiệu dụng sự dịch chuyển năng lượng từ CB và hằng số điện môi của bán dẫn (dường như tự nhiên nó xuất hiện mặc dù ta không chứng minh nó). Ta có thể lồng ghép các hằng số vào các kết quả đối với hiđrô. Điều này chứng minh rằng năng lượng của trạng thái thấp nhất là trong đó là năng lượng Rydberg. Hàm sóng tương ứng là trong đó là bán kính Bohr. Năng lượng Rydberg và bán kính Bohr phụ thuộc vào và trong lúc các giá trị của đối với các điện tử trong GaAs. Những cái gì mất đi trong các phép gần đúng? Giá trị của dạng đơn giản nhất đối với toán tử Hamilton như toán tử Hamilton trong (3.14) bị giới hạn bởi phép gần đúng parabol cho vùng năng lượng. Thậm chí trong hệ GaAs- AlGaAs với các dịch chuyển “nhỏ”, ta thường xét các năng lượng

66 3.10. Phép gần đúng khối lượng hiệu dụng
từ mép của một vùng. Phép gần đúng parabol là không rõ ràng tại một năng lượng lớn như thế và các kết quả tính số sẽ không lấy một cách quá nghiêm ngặt. Hạn chế cho một vùng đơn giản là một phép gần đúng nghiêm ngặt mà nó cần được nới lỏng trong một số ứng dụng trong đó bao gồm (i) Các vật liệu như Si có một số thung lũng tương đương trong CB mà tất cả chúng cần phải được giữ lại đối với các trạng thái điện tử. (ii) VB chứa các lỗ trống nặng và nhẹ mà chúng là suy biến tại đỉnh tách ra từ vùng thứ ba chỉ bởi sự tách spin- quĩ đạo yếu. Ta cần giữ việc lấy tổng theo tất cả các vùng này trong hàm sóng. (iii) Ta cần giữ cả CB và VB để mô tả các hiệu ứng giữa các vùng như sự hấp thụ quang trong một hố lượng tử (h.1.4). Nó dẫn tới một bài toán xa hơn. Các vùng xung quanh khe cơ bản trong một bán dẫn có thể được mô tả bằng cách dùng mẫu Kane mà theo nó, các khối lượng hiệu dụng nhỏ sinh ra từ việc trộn các hàm sóng giữa CB và VB khi tăng từ 0. Phép gần đúng được tạo ra trong (3.5) là sự thay đổi phần tuần hoàn của các hàm Bloch có thể được bỏ đi và điều này do đó cần phải được xem xét kĩ lưỡng.

67 3.10. Phép gần đúng khối lượng hiệu dụng
Khi giữ lại một số vùng, toán tử Hamilton hiệu dụng trở thành một ma trận của các phương trình vi phân tác dụng lên một vectơ chứa các thành phần của một hàm sóng trong mỗi một vùng. Phép gần đúng khối lượng hiệu dụng là phép gần đúng mạnh và nói chung là có hiệu quả mặc dù cần phải đặc biệt thận trọng khi tính các phần tử ma trận quang Lý thuyết khối lượng hiệu dụng trong các dị cấu trúc Cần thận trọng hơn một chút trước khi áp dụng lí thuyết khối lượng hiệu dụng cho các dị cấu trúc. Các đặc tính quan trọng là phần Bloch của hàm sóng và phương pháp làm khớp của các hàm bao. Hàm sóng đầy đủ là tích của hàm bao thay đổi chậm và hàm Bloch của cực trị địa phương trong cấu trúc vùng của vật chủ (phương trình (3.6)). Các hàm Bloch trong 2 vật liệu ở bên này hay bên kia của một lớp dị chuyển tiếp cần phải tương tự như nhau để bảo đảm giá trị của phép gần đúng khối lượng hiệu dụng. Một điều kiện rõ ràng là chúng cần phải thuộc về cùng một điểm trong Điều này không đạt được đối với CB tại một lớp chuyển tiếp

68 3.11. Lý thuyết khối lượng hiệu dụng trong các dị cấu trúc
giữa GaAs và AlAs trong đó các CB ở tại và X trong 2 vật liệu. Thậm chí ở nơi mà các cực tiểu là như nhau giống như trong GaAs và có thể phỏng đoán rằng các hàm Bloch cần phải gần giống nhau. Điều này là do động năng của chúng là lớn cỡ 10 eV từ hình 2.16 và do đó các khác biệt của các hàm Bloch có thể dễ dàng đưa vào các sai số năng lượng khoảng 0,1 eV mà ta thường gặp. Các tính toán chi tiết xác nhận rằng lí thuyết khối lượng hiệu dụng được chấp nhận mặc dù có sự khác nhau của các hàm Bloch. Điểm thứ hai liên quan đến việc làm khớp các hàm bao tại giao diện. Xét một lớp chuyển tiếp tại z = 0 giữa các vùng trung hoà của các vật liệu A và B (GaAs và với x < 0,45 làm ví dụ). Phương trình Schrodinger đối với hàm bao trong 2 vùng (nếu chỉ xét 1 chiều cho đơn giản) là Sự khác nhau tại các đáy của các CB có dáng điệu giống như một thế bậc với vật liệu B cao hơn Nếu các vật liệu là như nhau, đơn giản

69 3.11. Lý thuyết khối lượng hiệu dụng trong các dị cấu trúc
ta sẽ làm khớp giá trị và đạo hàm của hàm sóng tại giao diện mà chúng cho các điều kiện thông thường trong đó có nghĩa là mặt của giao diện trong vật liệu A,v.v... Điều kiện đơn giản này là không chính xác đối với một lớp dị chuyển tiếp trong đó 2 khối lượng hiệu dụng là khác nhau và (3.18) không bảo toàn dòng. Một hệ chính xác của các điều kiện làm khớp là Điều kiện làm khớp đạo hàm bây giờ bao hàm khối lượng hiệu dụng. Do đạo hàm chủ yếu là toán tử xung lượng nên (3.19) đòi hỏi tốc độ cần phải như nhau ở cả 2 bên để bảo toàn dòng. Hàm bao đạt được nút thắt tại một giao diện nếu Điều kiện làm khớp sai số (3.18) ngầm giả thiết rằng phương trình Schrodinger lấy dạng

70 3.11. Lý thuyết khối lượng hiệu dụng trong các dị cấu trúc
Nó không phải là dạng Hermite (hoặc dạng Sturm- Liouville) nếu thay đổi và do đó làm mất nhiều tính chất quan trọng của các hàm sóng. Sự thay đổi tầm thường bề ngoài của việc viết lại (3.20) dưới dạng làm hồi phục bản chất Hermite và có thể được biện minh một cách đầy đủ hơn. Cả 2 dạng thu gọn tới phương trình Schrodinger thông thường đối với một cấu trúc đồng nhất nhưng dạng thứ hai bảo đảm rằng các hàm sóng là trực giao và dòng được bảo toàn và duy trì các điều kiện khác. Bất lợi là điều kiện (3.19) đối với sự làm khớp. Nút thắt trong hàm bao tại một dị giao diện gây ra nghi ngờ về giá trị của nó do các hàm bao “thực” cần phải trơn. Các tính toán chỉ ra rằng phép gần đúng khối lượng hiệu dụng tiếp tục có giá trị với điều kiện là hàm bao thay đổi chậm trên thang bậc nguyên tử. Điều kiện này không được áp dụng cho thế. Hình 3.22 chỉ ra một ví dụ của hàm sóng đầy đủ (bao hàm các hàm Bloch) cho một hố lượng tử 6 nm. Hàm này là trơn nhưng hàm bao được xây dựng thô bằng cách kết hợp các đỉnh nhọn có sự thay đổi đột ngột về độ dốc tại dị giao diện. Như vậy, nút thắt trong hàm bao sinh ra bởi điều kiện làm khớp (3.19) chính xác phản ánh một sự thay đổi của hàm sóng đầy đủ trên

71 3.11. Lý thuyết khối lượng hiệu dụng trong các dị cấu trúc
Hình Hàm sóng đối với trạng thái thấp nhất trong một hố lượng tử 6 nm trong một dị cấu trúc trong đó bao hàm các hàm Bloch. Đường cong mảnh là một hàm bao gần đúng nối các đỉnh nhọn của hàm sóng đầy đủ. thang bậc nguyên tử. Điều này kết thúc những sự phức tạp được đưa vào bởi các lớp dị chuyển tiếp. Bước tiếp theo là sử dụng đồng thời các kết quả của 3 chương đầu để xét xem tại sao các điện tử có thể có dáng điệu như thể chúng bị giam cầm chỉ trong 2 chiều hoặc ít hơn.

72 Bài tập chương 3 3.1. Tính tốc độ nuôi với giả thiết rằng sự nuôi bị giới hạn bởi việc cung cấp Ga có áp suất trong tế bào K vào khoảng tại Có thể sử dụng các công thức đã biết để tìm thông lượng của các nguyên tử Ga tại miệng của tế bào K có diện tích Nếu chất nền ở khoảng cách từ tế bào K thì thông lượng mở rộng qua một bán cầu có diện tích nhưng gấp đôi giá trị trung bình theo hướng về phía trước. Tìm thời gian để nuôi một đơn lớp. Điều có ích là chuyển thời gian này thành thời gian để nuôi một bề dày là 1 μm Tính mức độ nhiễm bẩn trong vật liệu nuôi đơn giản như là tỉ số trong đó là thời gian để nuôi một đơn lớp và là thời gian để phủ một đơn lớp khí phông lên bề mặt. Hiđrô không phải là một vật liệu thực để xem như một chất bẩn. Vật liệu tốt cần phần tạp chất này dưới và do đó, giả thiết hệ số dính của các nguyên tử tới dính bám với bề mặt có còn tốt không? 3.3. Chứng minh rằng quãng đường tự do trung bình L lớn hơn nhiều so với kích thước dụng cụ. Nếu các phân tử có đường kính d, chúng sẽ va chạm với tất cả các phân tử khác trong thể tích trong khi đi được khoảng cách x.

73 Bài tập chương 3 Về trung bình, chúng va chạm với một phân tử khác khi đi được quãng đường tự do trung bình và do đó Ước tính L đối với cả khí phông và chùm phân tử khi sử dụng các điều kiện nói trên Sử dụng số liệu trong Phụ lục 2 để tìm các thành phần của và mà chúng có thể được nuôi không cần biến dạng trên chất nền InP Sử dụng qui tắc Anderson để xác định các gián đoạn trong CB và VB đối với 2 hệ làm khớp mạng GaAs - AlAs và InAs – GaSb. Các khe vùng và ái lực điện tử được cho trong Phụ lục 2. Các kết quả thu được phù hợp như thế nào với các giá trị được chấp nhận chỉ ra trên hình 3.5? 3.6. Hình 3.15 chỉ ra sự định hướng của các vùng đối với 2 ghép cặp của Si và Lặp lại nó đối với Ge và Có các loại định hướng nào và đề xuất các ứng dụng đối với chúng? 3.7. Phác họa giản đồ vùng đối với một dị chuyển tiếp giữa p-AlGaAs và n-GaAs. Chứng tỏ rằng nó có thể bẫy một khí lỗ trống 2 chiều tại giao diện Các kết quả lí thú có thể đạt được đối với lớp dị chuyển tiếp loại II (xếp

74 Bài tập chương 3 lêch nhau) (hình 3.5). Phác hoạ các vùng đối với cả 2 chuyển tiếp p – n và n – p và xác định xem các điện tử hoặc lỗ trống có thể bị bẫy tại giao diện hay không? 3.9. Phác họa giản đồ vùng đối với một điôt n – p chuyển tiếp đòng nhất trong GaAs với giả thiết rằng có thể sử dụng thống kê bán dẫn cổ điển (phần 1.8.3). Cho ở bên trái và ở bên phải. Xác định vị trí mức Fermi trong 2 vật liệu và dùng nó để phác hoạ giản đồ vùng ở cân bằng. Lấy các mật dộ trạng thái hiệu dụng là Cũng xác định thế hiệu gắn vào trong được định nghĩa như là sự khác nhau của các mức Fermi ở giữa 2 bên khi các vùng là phẳng sao cho Các điện tử bị bẫy trong một hố với khối lượng hiệu dụng rất khác so với khối lượng hiệu dụng của các rào. Cái gì xảy ra đối với điều kiện biên tại dị chuyển tiếp. Xét cả và


Tải xuống ppt "Chương 3: Các dị cấu trúc Chương này cho một tổng quan về tính chất của các dị cấu trúc. Đó là các bán dẫn bao gồm hơn một loại vật liệu. Những thay đổi."

Các bản thuyết trình tương tự


Quảng cáo bởi Google