Квантовые ямы на МДП структурах
Технологически сверхтонкие чистые пленки из полупроводников получить весьма сложно. Причина в том, что сама по себе поверхность полупроводника- сложная неоднородная система с поверхностными состояниями, играющими роль центров рассеяния носителей, а также с различными атомами и ионами, захваченными из окружающей среды.
Поэтому для создания квантовых ям лучше всего подходят не простые тонкие пленки, а более сложные нанообъекты, такие как МДП структуры или полупроводниковые гетероструктуры.
Все современные приборы на квантовых ямах выполняются на этих двух типах структур.
Зонная диаграмма МДП – структуры
Электроны, находящиеся в инверсном слое, с квантовомеханической точки зрения находятся в потенциальной яме треугольной формы. Одна из стенок ямы – граница раздела «диэлектрик – полупроводник», роль другой стенки ямы играет изгиб зон, задаваемый электростатическим потенциалом
- поверхностная плотность электронов в инверсном слое, [cм-2].
Тогда характерная толщина инверсного слоя ∆x* оценивается на основе отношений:
- толщина инверсного слоя.
Но, с другой стороны, из принципа неопределенности
, тогда
(*)
Важнейшей особенностью МДП структур, отличающих их от других квантово- размерных систем, является возможность управлять поверхностной плотностью электронов путем изменения напряжения на затворе (Ux).
Данное свойство позволяет целенаправленно изменять энергетический спектр носителей заряда с помощью внешних воздействий – путем управления электрическим полем, согласно ф-ле (*), что в свою очередь, очень важно при создании перспективных электронных приборов.
Максимальная величина электронной плотности в канале определяется максимальным напряжением, которое можно приложить к затвору без риска пробоя диэлектрика.
Для современных кремниевых структур поверхностная плотность составляет ns≈1013 cм-2.
При изменении напряжения на затворе одновременно с изменением поверхностной плотности будут изменяться и расстояния между дискретными энергетическими уровнями. Этим свойством МДП структура отличается от тонких пленок, в которых концентрация электронов задается уровнем легирования пленки, а энергетические уровни определяются ее толщиной. Кроме того, в тонкой пленке квантование энергии выполняется для обоих типов носителей (электронов и дырок). В МДП структуре квантование происходит лишь для одного типа, а для другого квантовая яма не существует и их спектр энергии остается непрерывным.