异质结是指两种或两种以上不同半导体物质的结合,形成具有不同能带结构的材料接面。异质结具有许多的电学特性,如整流、光电导、光电子发射和光刻等,被广泛应用于电子、光子学、磁电子学和半导体器件中。
异质结结构
异质结可以通过两种方式制备,一种是通过半导体外延生长技术制备,另一种是通过物理或化学蒸镀技术制备。不同的制备方法会影响异质结的结构和性能。
基本上异质结的结构是由两种或两种以上的半导体材料交界处组成。在此处两种不同的材料会产生能带图像的突变,由此获得了一些优异的电学性质。具有不同的能带结构产生了不同的载流子密度和输运的特点。这样一来,可以根据末端半导体的获得者,可以分个p型和n型异质结。
特性和应用
异质结具有强的整流特性,主要来源于空间电荷区的存在。空间电荷区上组成:在p型区,主要存在正离子和自由电子,由于自由电子的移动受到空间电荷区的限制,进而形成一个均衡点;在n型区,主要存在负离子和空穴,由于空穴的移动也受到限制,同样形成一个均衡点。这些均衡点分别成为峰值,峰值使得电子和空穴不能够横越。从而在异质结附近产生了极大的电阻。
与此同时,异质结还具有强的光电特性,可用作光电传感器、光电二极管、太阳能电池和激光器等器件。光子通过异质结时引起载流子释放就是利用这种最本质的特性。事实上,光电子发射和光刻都是基于异质结特性而实现的。光电子发射器件是通过电场作用于系统中的电子使其逃逸限制区而产生。
因此,异质结在半导体微电子学的各种器件中具有广泛的应用。它是三极管、场效晶体管、发光二极管、光电探测器、太阳能电池等器件的关键部件。在生产晶体管时,将p型和n型半导体材料放在一起形成结构,形成pn结。在增加电场时,若电场越强,则当中能级和提高;若电场强度达到一定程度,则当中能级高到与掺杂离子激发的能级相等,此时载流子密度将大幅度上升,电阻迅速降低,形成电流。
总之,异质结的物理结构、电学特性和光学特性在半导体器件的研究中得到广泛的应用。它的应用范围已经涉及到无线电通信、计算机科学、光学和能源管理等众多领域。