Физические свойства сверхрешеток
Композиционные сверхрешетки
В сверхрешетке типа 1 (рисунок 4, а) разрывы в зоне проводимости Ес и в валентной зоне Еv имеют противоположные знаки, и запрещенные зоны Egi полностью перекрываются. Подобные сверхрешетки иногда называют «контравариантными» композиционными сверхрешетками.
В сверхрешетке типа II (рисунок 4, б) модуляция краев зоны проводимости и валентной зоны имеет один и тот же знак, и запрещенные зоны перекрываются лишь частично, либо не перекрываются вообще («ковариантная» сверхрешетка).
Политипная сверхрешетка (рисунок 4, в) представляет собой трехкомпонентную систему, где слои, образующие сверхрешетку типа II, дополняются широкозонным полупроводником, создающим потенциальные барьеры как для электронов, так и для дырок.
Легированные сверхрешетки
Потенциал сверхрешетки
Схема расположения последовательности слоев и координатная зависимость зонной диаграммы для легированной сверхрешетки GaAs.
Схема последовательности слоев и координатная зависимость зонной диаграммы легированной сверхрешетки GaAs-AlxGa1-xAs.
Особенностью эпитаксии является невысокая скорость роста пленки (обычно менее 1000 нм в час).
Основное преимущество метода — возможность создания уникальных наноструктур с очень высокой чистотой, однородностью и малым количеством дефектов. К недостаткам метода можно отнести высокую цену оборудования и исходных материалов, малую скорость роста, сложность поддержания высокого вакуума.
Для улучшения вакуума и вымораживания не попавших на подложку молекул испаряемого вещества вокруг манипулятора установлены криопанели — емкости, заполненые жидким азотом. Также они используются для разделения молекулярных источников друг от друга по температуре.
Подложка — диск из монокристаллического кремния, арсенида галлия или другой структуры диаметром 40, 60 или 102 мм.
В случае использования тугоплавких материалов или веществ с высокой химической активностью используется автотигельный метод испарения. Электронный пучок попадает в вещество и расплавляет небольшой участок. Таким образом вещество само является тиглем. Современные устройства контроля электронного пучка позволяют изменять его направление, фокус, интенсивность и другие параметры с целью получить равномерный атомарный пучок или повысить эффективность расхода материала.
Физические свойства сверхрешеток
Введение одномерного потенциала сверхрешётки приводит к нарушению зонной структуры исходных материалов, возникает серия узких подзон и запрещённых щелей, которые появляются вследствие разделения зоны Бриллюэна на ряд минизон.
Расщепление энергетической зоны E(kz) кристалла с постоянной решётки a на минизоны Ej(kz) потенциалом сверхрешётки с периодом d. Число минизон равно d/a.
Отрицательное дифференциальное сопротивление у полупроводниковых сверхрешеток.
Средняя скорость дрейфа электрона вдоль оси сверхрешётки
Критическое поле
Генератор СВЧ излучения на основе сверхрешеточных структур.
w - средняя плотность поглощаемой мощности:
E0 – постоянное поле
Е1 – амплитуда переменного поля
