异质结发展现状和原理

版版范文范例学习指导范文范例学习指导异质结进呈现状及原pn结是组成集成电的主要细胞。50代 pn结晶体管的制造和其后的进展奠定这一划时代的技术革命的根底。pn结是在一块半导体单晶中用掺杂的方法做成两个导电类型同的局部。一般pn结的两边是用同一种材做成的(如锗、硅及砷化镓等)，所以称之为“同质结。假设把两种同的半导体材做一样的为“同型异质结。掺杂类型同的称为“异型异质结。另外,异质结又可分为突变型异质结和缓变型异质结,当前人们争论较多的是突变型异质结。1异质结器件的进展过程pn结是组成集成电的主要细胞,50代pn结晶体管的制造及其后的进展奠定现代电子技术和信息革命的根底。1956三人由于制造晶体管对科学所做的出色奉献,共同获得科学技术界的最高荣誉——诺贝尔物学奖。1949肖克莱提出 pn结论 ,以此争论pn结的物性质和晶体管的放大作用,这就是著名的晶体管放大效应。由于技术条件的限制,当时未能制成pn结型晶体管,直到1950才试制出第一个 pn结型晶体管。这种晶体管成功地抑制点接触型晶体管稳定、噪声大、信号放大倍数小的缺点。1957 ,克罗默指出有导电类型相反的两种半导体材制成异质结 ,比同质结具有高的注入效。1962 ,Anderson提出异质结的论模型 ,他想的假定两种半导体材具有一样的晶体构造,晶格常数和热膨胀系数,根本说明电输运过程。1968美国的贝尔试验室和苏联的约飞争论所宣布做成双异质结激光器。1968美国的贝尔试验室和 RCA公司以及苏联的约飞争论所宣布做成GaA—AlxGal—。As双异质结激光器l；人5)．他们选择晶格失配很小的元合区溶体做异质结对．在70代，异质结的生长工艺技术取得格外巨大的进展．液相夕随(LPE)、气相外延(VPE)、属有机化学气相沉积 (MO—CVD)和分子束外延(MBE)仅能生长出很完整的异质结界面，而且对异质结的组分、掺杂、各层厚能在原子级的范围内确掌握。2异质结的构造、原、异型异质结两块导电类型同一样的半导体材组成异质结称为异型异质结，有 pN和Pn两种状况在这只分析 pN异质结两种材没有接触时各自的能带如下图。接触以后由于费米能级同而产生电荷转移，直到将费米能级平。这样就形成势垒，但由于能带在界面上断续，势垒上将消灭一个尖峰．如图3．2m。我们称这一模型为Anderson模型。想pN突变异质结的能带图同型异质结两块导电类型一样的半导体材组成异质结称为同型异质结，有nN型和pP型两种处同型异质结的能带图要比处异型异质结困难一些， 由于在异型异质结中界面两边的势垒可以看成为耗尽，但在同型异质结中界面两边的载子类型一样。以下图3．7是nN异质结的能带图。窄带一边是电子的积层，自由载子对电荷有奉献的，状况比较简单。nN型异质结能带图半导体异质结的应用：1、半导体异质结激光器半导体异质结激光器是第一个做得最成功的并能付之有用的异质结器件。1967用液相外延的方法制成单异质结半导体激光器 ,实现在室温下脉冲工作,其阐值电密比同质结半导体激光器低一个数级。 1970 ,贝尔试验室的争论工作者又一举实现双异质构造的半导体激光器 ,使半导体激光器消灭划时代的进展—在室温下连续工作 ,并使闭值电密又低一个数级阎.。双异质结是在禁带较窄的半导体激活层(发光层)两边连接宽禁带材形成的。经过几十来的争论,半导体激光器得到惊人的进展,它的波长从红外、红,各项性能参数也有很大的提高,半导体激光器的制作技术经受由集中法到液相外延法(LPE)、气相外延(VPE)、分子束外延(MBE)MOCVD方法(属有机化合物汽相淀积)(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。其激射阈值电由几百mA到几十mA，直到亚mA，(77K)下运转进展到室温下连续工作，输出功由几毫瓦提高到千瓦级(阵器件)它具有效高、体积小、重轻、构造简洁、能将电能直接转换为激光能、功转换效高 10%以上,最大可达50%)1于直接调制、电等优点,因此应用领域日扩大。半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器,由于它的波长范围宽,制作简洁、本钱低、于大生产 ,并且由于体积小、重轻、寿命长,因此,品种进展快,应用范围广,目前已超过300种半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网,850nm波长的半导体激光器适用于>1Gh/s局域网,1300nm-1550nm波长的半导体激光器适用于10Gb局域网系统[2]1半导体激光器的应用范围掩盖整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。半导体激光器在激光测自动掌握、检测仪器等方面获得广泛的应用,形成宽阔的市场。半导体激光器已成为激光产业的主要组成局部,目前已成为各国进展信息、通信、家电产业及军事装备可缺少的重要根底器件。2、异质结光电探测器光电探测器是一类接收光信号并进光电转换的特种器件,是光接收机的关键。现代任何光电系统中,包含光波的产生、传输、放大、探测等功能,所以光电探测器是光电系统中可缺少的重要器件。在现代众多的密分析、测和型一样的同一种半导体单晶材组成的P—N结通常称为同质结而由导电类型同的半导体单晶材组成的P—N结则称为异质结由于形成异质结的两种半导体单晶材的禁带宽、 介电常数、折射、吸取系数等物参数均同 ,异质结会表现出同于同质结的性质。实际说明,用异质结制作的激光器、电致发光二极管光电探测器应变传感器等,比用同质结制作的同类元件的性能优越。近来,异质结光电探测器在研制和应用方面已经取得很大的进展。目前光纤通信中普遍使用的光电探测器有三种：PIN极管和半导体一属一半导体光电二极管。它们各具特色,性能各异一般用于表达光电探测器灵敏的主要参数有两个子效应和响应。PIN光电二极管由一个P—N构造成,具有台面和平面两种器件构造它们的主要特点为构造简洁、制作容 电响应、低噪声、宽频带等特性。它在工作时没有增 用。即使如此，它至今照旧是光纤通信等应用系统中占主要地位的探测器件,常常与场效应晶体管或异质结双极晶体管一起组合构成混合式的光电集成电—光波接收模块。霄崩光电二极〔APD〕与PIN光电二极管的区分是在吸取区的i层和n+层之间,插入薄薄 p的型层,变为n+pip的构造这一参加的p型层就是一雪崩区。雪崩二极管是在高反向偏压条件下工作的在高反向偏压下激发的电子—空穴对在电压下加速，并与晶格原子碰撞产生的电子—空穴对，造成电急剧增加，最终产生雪崩现象这种用雪崩现象的结光电二极管叫做雪崩光电二极管。 这种二极管具有内部增和能将探测到的光电进放大的作用 ,这种放大作用可以增加接收机的灵敏。目前 ,光纤通信中常用的雪崩光电二极管有两种类型保护环形GAPD和通型 RAPD保护环形GAPD由于承受具有防止结边缘被击穿的保护环,耗尽区较窄所以实际应用中用得较多的是通型 RAPD。半导体光电探测器由于体积小、重轻、响应速快、灵敏高、于与其它半导体器件集成,已经成为光源的最想探测器它可以广泛应用于光通信、信号处、 传感系统和测系统。 在研制高性能光电二极管的过程中,异质构造起关键作用这是由于承受异质构造可以改善带宽 ,增大响应 ,低暗电。 今后一段时间内,高速、 宽带响应、高效、 高灵敏仍是半导体光电探测器的主要进展趋势。3、异质结在太阳能电池中的应用自1954第一块单晶硅同质 PN结太阳能电池的诞生至今，硅基太阳能电池经受两个阶段 :以晶体硅和多晶硅为代表的第一代太阳能电池和以非晶硅薄膜为代表的其次代太阳能电池。然而，传统的基于同质PN结技术的硅基太阳能电池突显出本钱高、效低、 对环境污染严峻等问题。各种概及其技术的引入成为解决上述问题的途径构成第三代太阳能电池的雏形。 质结及其技也是实现第三代太阳能电池设想的支撑技术之一。异质结具有如下优点:(1)有于宽谱带吸取，从而提高效 .通过与晶体硅禁带宽同的材构成异质结太阳能电池，可展宽对太阳光的吸取谱。 从而实现宽谱带吸取目的〔2)增加内建电场,提高注入效。 质结具有大的内建电场， 使注入结两侧的非平衡少子电增加， 从而增加开电压和短电。 (3)减小原硅消耗，低本钱。异质