半导体异质结.ppt

Dai Xianying 3.3 量子阱与二维电子气 3.3.2 双异质结间的单量子阱结构 双异质结结构： AlxGa1-xAs/GaAs /AlxGa1-xAs，要求 GaAs层足够薄； 1、导带量子阱中的电子能态 （1）电子在量子阱中的势能V（z） （2）求解薛定谔方程 第三十一页，共44页 化合物半导体器件 半导体异质结 Dai Xianying 第一页，共44页 Dai Xianying 第三章 半导体异质结 异质结及其能带图 异质结的电学特性 量子阱与二维电子气 多量子阱与超晶格 半导体应变异质结 第二页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 3.1.1 异质结的形成 图3.1 III-V族和II-VI族化合物 半导体的禁带宽度和晶格常数 1）异质结 2）异质结形成的工艺 3）异质结的类型 4）异质结形成的关键 5）晶格失配 第三页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 图3.3 晶格失配形成位错缺陷 6）单位面积的悬挂键数 图3.2 （张）应变Si示意图 第四页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 图3.4 半导体能带边沿图 图3.5 孤立的n型和p型半导体能带图 3.1.2 异质结的能带图 第五页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 3.1.2 异质结的能带图 图3.6 形成异质结之前(a)和之后(b)的平衡能带图 （以突变异质结为例） (a) (b) 1)突变反型异质结能带图 1、不考虑界面态时的能带图（理想状态） 第六页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 热平衡下的能带图（p-GaAs/N-AlGaAs） 图3.8 同质pn结平衡能带图 图3.7 异质结pn平衡能带图 第七页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 热平衡下的能带图 图3.9突变反型np异质结平衡能带图 第八页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 Anderson定则（模型）： 异质结平衡能带的特点： ①能带发生弯曲 ② 能带在界面处不连续，有突变。 ①ΔEC=χ1-χ2 ②ΔEV=(Eg2-Eg1)-(χ1-χ2) = ΔEg- Δχ ③ΔEC+ΔEV = ΔEg 异质结能带的新要点 （特征）： 图3.10 Anderson模型的ΔEC- Δχ关系 第九页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 3.1.2 异质结的能带图 2)突变同型异质结能带图 3.11 突变同型nn异质结平衡能带图 界面处：一侧形成耗尽层，一侧形成电子（空穴）积累层 第十页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 3.1.2 异质结的能带图 2)突变同型异质结能带图 3.12 突变同型pp异质结平衡能带图 第十一页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 2、考虑界面态时的能带图 1）界面态 2）界面态密度ΔNS 3.1.2 异质结的能带图 第十二页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 2、考虑界面态时的能带图 3）降低界面态 4）界面态的类型 5）巴丁极限 第十三页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 2、考虑界面态时的能带图 6）考虑界面态影响的异质结能带示意图 第十四页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 3、渐变异质结能带图 1）渐变的物理含义 3.1.2 异质结的能带图 2）渐变异质结的近似分析：能带的叠加 3）渐变能级 第十五页，共44页 Dai Xianying 3.1 异质结及其能带图 1、势垒区宽度XD 3.1.3 突变反型异质结的接触势垒差及势垒区宽度 2、接触电势差VD 3、外加电压V 4、np突变异质结 （以pn异质结为例） 与求解同质pn结相同：由求解界面两边势垒区的泊松方程，可得VD及XD 推导过程参考刘恩科等著 《半导体物理》第9章 第十六页，共44页 Dai Xianying 第三章 半导体异质结 异质结及其能带图 异质结的电学特性 量子阱与二维电子气 多量子阱与超晶格 半导体应变异质结 第十七页，共44页 Dai Xianying 3.2 异质结的电学特性 3.2.1 突变异质结的I-V特性 (a) (b) 图3.8 异型异质结的两种势垒示意图 （a）负反向势垒；（b）正反向势垒 突变异质结I-V模型：扩散模型、发射模型、发射-复合模型、隧道模型