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异质结应用作用

2021-10-22 11:52:05

异质结应用作用

发光组件

因为半导体异质结构能将电子与空穴局限在中间层内,电子与空穴的复合率因而增加,所以发光的效率较大;同时改变量子井的宽度亦可以控制发光的频率,所以现今的半导体发光组件,大都是由异质结构所组成的。半导体异质结构发光组件,相较其它发光组件,具有高效率、省电、耐用等优点,因此广泛应用于刹车灯、交通号志灯、户外展示灯等。值得一提的是在1993年,日本的科学家研发出蓝色光的半导体组件,使得光的三原色红、绿、蓝,皆可用半导体制作,因此各种颜色都可用半导体发光组件得到,难怪大家预测家庭用的白炽灯、日光灯,即将被半导体发光组件所取代。

激光二极管

半导体激光二极管的基本构造,与上述的发光组件极为类似,只不过是激光二极管必须考虑到受激发光(stimulated emission)与共振的条件。使用半导体异质结构,因电子与空穴很容易掉到中间层,因此载流子数目反转(population inversion)较易达成,这是具有受激发光的必要条件,而且电子与空穴因被局限在中间层内,其结合率较大。此外,两旁夹层的折射率与中间层不同,因而可以将光局限在中间层,致使光不会流失,而增加激光强度,是故利用异质结构制作激光二极管,有很大的优点。第1个室温且连续发射的半导体异质结构激光二极管,是在1970年由阿法洛夫领导的研究群所制作出来的,而克拉姆则在1963年发展了有关半导体异质结构激光二极管的原理。半导体激光二极管的应用范围亦相当广泛,如镭射唱盘,高速光纤通讯、激光打印机、雷射笔等。



异质结构双极晶体管

在半导体异质结构中,中间层有较低的能带,因此电子很容易就由旁边的夹层注入,是故在晶体管中由射极经过基极到集极的电流,就可以大为提高,晶体管的放大倍率也为之增加;同时基极的厚度可以减小,其掺杂浓度可以增加,因而反应速率变大,所以异质结构得以制作快速晶体管。利用半导体异质结构作成晶体管的建议与其特性分析,是由克接拉姆在1957提出的。半导体异质结构双极晶体管因具有快速、高放大倍率的优点,因而广泛应用于人造卫星通讯或是行动电话等。

高速电子迁移率晶体管

高速电子迁移率晶体管,就是利用半导体异质结构中杂质与电子在空间能被分隔的优点,因此电子得以有很高的迁移率。在此结构中,改变闸极(gate)的电压,就可以控制由源极(source)到泄极(drain)的电流,而达到放大的目的。因该组件具有很高的响应频率(600GHz)且低噪声的优点,因此广泛应用于无限与太空通讯,以及天文观测。

其它应用

半导体异质结构除了用于上述组件外,亦大量使用于其它光电组件,如光侦测器、太阳电池、标准电阻或是光电调制器...等。又因为长晶技术的进展,单层原子厚度的薄膜已能控制,因此半导体异质结构提供了高质量的低维度系统,让科学家能满足探求低维度现象的要求。除了在二度空间观测到量子与分数量子霍尔效应外,科学家已进一步在探求异质结构中的一维与零维的电子行为,预期将来还会陆续有新奇的现象被发掘,也会有更多新颖的异质结构组件出现。


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