Heterostruktur är en term i halvledarfysik , som betecknar en skiktad struktur odlad på ett substrat från olika halvledare, som i allmänhet skiljer sig åt i bandgapet . En så kallad heterojunction bildas mellan två olika material , där en ökad koncentration av bärare är möjlig, och därmed bildandet av en degenererad tvådimensionell elektrongas . Till skillnad från homostrukturer har den större valfrihet när det gäller att konstruera den önskade potentiella profilen för lednings- och valensbanden . Heterostrukturer gör det möjligt att kontrollera grundläggande parametrar i halvledarkristaller och enheter: bandgap, effektiva massor av bärare och deras rörlighet, brytningsindex, elektroniskt energispektrum, etc.
För att odla heterostrukturer används många olika metoder, bland vilka två huvudsakliga kan särskiljas:
Den första metoden gör det möjligt att odla heterostrukturer med hög precision (upp till ett atomärt monolager [1] ). Den andra metoden har inte hög noggrannhet, men jämfört med den första metoden har den högre prestanda.
Zhores Alferov ( Ryssland ) och Herbert Kroemer ( USA ) tilldelades Nobelpriset 2000 för utvecklingen av halvledarheterostrukturer för höghastighetsoptoelektronik .
Som en del av nanoteknikutvecklingsprogrammet i Ryssland pågår en aktiv utveckling av industrier relaterade till heterostrukturer, nämligen produktion av solceller och lysdioder .
För första gången påpekade Shockley möjligheten att använda egenskaperna hos kontakten mellan två olika halvledare för att öka effektiviteten av injektionen i bipolära transistorer 1948. [2]
1957 föreslog Herbert Kremer i sitt arbete [3] att heterojunctions kunde ha högre injektionseffektivitet jämfört med homojunctions.
En kvalitativ modell för bildandet av energidiagrammet för en heteroövergång utvecklades av R. L. Anderson 1960; han studerade också den första epitaxiella enkristalliska Ge - GaAs -heteroövergången med sammanfallande gitterkonstanter [4] .
Några år senare formulerade Zh. I. Alferov [5] och G. Kremer [6] oberoende konceptet med lasrar baserade på dubbla heterostrukturer (DHS).
Alferov noterade möjligheten att uppnå en hög täthet av injicerade bärare och populationsinversion för att erhålla stimulerad emission i dessa strukturer. Han visade att densiteten av injicerade bärare kan vara flera storleksordningar högre än densiteten av bärare i en emitter med stort gap (" superinjektionseffekten ") och på grund av potentiella barriärer vid halvledargränssnittet är rekombinationen i emittern noll .
Det mest lovande systemet för att erhålla heterostrukturer var AlAs - GaAs-systemet, eftersom AlAs- och GaAs-föreningarna har liknande gitterkonstanter, och GaAs i sin tur har många nödvändiga egenskaper, såsom låga effektiva bärmassor, hög elektronmobilitet, stort band gap, effektiv strålningsrekombination och en skarp optisk absorptionskant på grund av den direkta bandstrukturen.
Utvecklingen av en modifiering av vätskefasepitaximetoden (LPE) lämplig för tillväxt av heterostrukturer ledde till skapandet av den första gittermatchade AlGaAs - heterostrukturen. De flesta av de viktigaste enheterna har skapats, som använder de viktigaste fördelarna med heterostrukturer:
Zh. I. Alferovs och G. Kremers arbete inom heterojunction-forskning tilldelades Nobelpriset i fysik 2000.
För närvarande används heteroövergångar i stor utsträckning vid skapandet av högfrekventa transistorer och optoelektroniska enheter. På basis av heterostrukturer skapas höghastighets opto- och mikroelektroniska enheter: laserdioder för informationsöverföringssystem i fiberoptiska nätverk; heterostrukturella lysdioder och bipolära transistorer; lågbrustransistorer med hög elektronmobilitet (HPET) som används i högfrekventa enheter, inklusive satellit-tv- system ; solceller med heterostrukturer, flitigt använda för rymd- och markprogram.