異質(zhì)結(jié),異質(zhì)結(jié)是什么意思

半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)一般是由兩層以上不同材料所組成，它們各具不同的能帶隙。這些材料可以是GaAs之類的化合物，也可以是Si-Ge之類的半導(dǎo)體合金。按異質(zhì)結(jié)中兩種材料導(dǎo)帶和價帶的對準情況可以把異質(zhì)結(jié)分為Ⅰ型異質(zhì)結(jié)和Ⅱ型異質(zhì)結(jié)兩種，兩種異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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如圖1(a)所示，I型異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)是嵌套式對準的,窄帶材料的導(dǎo)帶底和價帶頂都位于寬帶材料的禁帶中，ΔEc和ΔEv的符號相反，GaAlAs/GaAs和InGaAsP/InP都屬于這一種。在Ⅱ型異質(zhì)結(jié)中，ΔEc和ΔEv的符號相同。具體又可以分為兩種:一種如圖1(b)所示的交錯式對準，窄帶材料的導(dǎo)帶底位于寬帶材料的禁帶中，窄帶材料的價帶頂位于寬帶材料的價帶中。另一種如圖1(c)所示窄帶材料的導(dǎo)帶底和價帶頂都位于寬帶材料的價帶中［14］。

Ⅱ型異質(zhì)結(jié)的基本特性是在交界面附近電子和空穴空間的分隔和在自洽量子阱中的局域化。由于在界面附近波函數(shù)的交疊，導(dǎo)致光學(xué)矩陣元的減少，從而使輻射壽命加長，激子束縛能減少。由于光強和外加電場會強烈影響Ⅱ型異質(zhì)結(jié)的特性，使得與Ⅰ型異質(zhì)結(jié)相比，Ⅱ型異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出不尋常的載流子的動力學(xué)和復(fù)合特性，從而影響其電學(xué)、光學(xué)和光電特性及其器件的參數(shù)。

在Ⅰ型異質(zhì)結(jié)中能級的偏差量具有不同的符號，電子和空穴是在界面的同一側(cè)（窄帶材料一側(cè)）由受熱離化而產(chǎn)生的。這種情況下只有一種載流子被束縛在量子阱中（n-N結(jié)構(gòu)中的電子，p-P結(jié)構(gòu)中的空穴）。Ⅱ型異質(zhì)結(jié)能級的偏差量具有相同的符號，電子和空穴是在界面的不同側(cè)由受熱離化而產(chǎn)生的。兩種載流子被束縛在自洽的量子阱中，因此在Ⅰ型異質(zhì)結(jié)中載流子復(fù)合發(fā)生在窄帶材料一側(cè)，Ⅱ型異質(zhì)結(jié)中載流子復(fù)合主要是借助界面的隧道而不是窄帶材料一側(cè)。

不同半導(dǎo)體的能隙寬度可根據(jù)使用的要求做適當調(diào)整，辦法可以是取代半導(dǎo)體元素(例如，用In或者Al代替Ga，用P、Sb或N代替As)，也可以通過改變合金的成分。有多種方法可用于形成不同半導(dǎo)體層之間的突變界面，例如分子束外延法(MBE)和金屬有機化學(xué)沉積法(MOCVD)。運用這些方法在基片上會有一層一層的原子以適當?shù)木Ц癯?shù)向外生長。異質(zhì)結(jié)構(gòu)對科學(xué)有重大影響，是高頻晶體管和光電子器件的關(guān)鍵成分。

比起普通的晶體管來，異質(zhì)結(jié)晶體管的基極是由能帶隙更小的半導(dǎo)體層構(gòu)成，這就大大降低了電子的能量壁壘，從而大大增加了電子電流。同時空穴電流保持不變，于是放大倍數(shù)就大為增加。要減小放大倍數(shù)，只需令基極的摻雜量提高，并讓基極更薄，就可以大大降低基極電阻，從而降低RC時間常數(shù)，于是就得到了快速晶體管。