二维材料在半导体器件.docx

二维材料在半导体器件 第一部分 概述 1990年纳米科学技术的兴起，使得以量子点为主的纳米半导体材料与物理的研究，成为一个新的热点课题，尤其是量子点自组织化生长技术的日渐成熟，为各类量子点单电子器件和量子点激光器的研制奠定了重要物质基础。 1、分类 （1）电子输运器件 异质结双极晶体管 高分子迁移率晶体管 共振隧穿二极管 单电子输运器件 AlGaAs/GaAs异质结双极晶体管；InGaP/GaAs异质结双极晶体管； InGaAs/InP异质结双极晶体管； SiGe/Si异质结双极晶体管； AlGaAs/GaAs高分子迁移率晶体管； GaN基高电子迁移率晶体管； δ掺杂场效应晶体管； 共振隧穿二极管； 共振隧穿热电子晶体管； 负阻场效应晶体管； 转移电子器件； 单电子箱； 单电子泵； 单电子旋转门； 单电子存储器； 单电子晶体管； （2）光电子器件 量子结构激光器 量子结构红外探测器 量子结构太阳电池 信息光子学器件 量子阱激光器； 量子线激光器； 量子点激光器； 量子级联激光器； 量子阱红外探测器； Pin结构光探测器； 雪崩光电探测器； 太赫兹单光子探测器； 纳米线太阳电池； 量子阱太阳电池； 量子点太阳电池； 单光子发射器件； 光子晶体器件； 近场光学器件； 旋光电子器件； 2、一些理论 （1）低维量子结构中载流子输运 载流子在低维量子结构中呈现不同输运现象：如平行于调制掺杂异质结中的二维电子气输运，垂直于超晶格异质结的隧穿运输，热电子的实空间转移导致的负微分电阻特性，以及量子点的库仑阻塞与单电子隧穿等。 散射机构：1、电离杂质散射（低温时支配地位）2、晶格振动散射3、界面粗糙度散射4、合金无序性散射 双势垒共振隧穿（负微分电阻1）：加压使得E0低于Ef 高于导带，发生共振，电流随着偏压的增大而增大，而后随着偏压增大，E0低于导带，共振停止，电流下降，即负微分电阻。要求势垒左侧（右侧）的电子能量与势阱一致时，电子几乎无反射地隧穿过整个结构，进入势阱。 热电子的实空间转移：两个迁移率相差很大的材料（隧道结），当其中一个在偏压的作用下越过势阱后到另一个材料时，却被迅速冷却反射回势阱，导致了负电阻。 库伦阻塞现象：在导电金属电极加入绝缘体，加压，当热能不足以支撑隧穿造成的电子自由能增加时，电子难以隧穿。 3、器件介绍 （1）HBT（异质结双极晶体管）：一般来说，发射区材料比基区材料的禁带宽度大，故可以有效抑制少数载流子从基区向发射区材料的反向注入，一般集电极为同质结，发射集为异质结 宽带隙发射区：发射区有较大的禁带宽度，而基区和集电区具有相对较窄的禁带宽度。缺点是当组分不合适时会产生尖峰势垒使得电子注入，调节组分可避免这种问题。这样既不会阻碍发射极向基极注入电子，使得即使基极电子浓度较高也能有较大的电子注入效率。 缓变基区：考虑漂移而生，使得基区能带有个斜率，这样能够产生电势，使得电子尽快跨到集电区。 宽带隙集电区：同宽带隙发射区，避免集电区处形成导带势垒 第二部分 现状