西安电子科技大学化合物半导体材料与器件课件第三章 半导体异质结.pptVIP

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 2、价带量子阱中的空穴能态 （1）二维空穴气：2DHG （2）量子阱中的空穴能态 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 Dai Xianying 3.4 多量子阱与超晶格 超晶格：几种成分或掺杂类型不同的超薄层周期性地重叠， 构成一种特殊的人工晶体。 超晶格周期：重叠周期，小于电子的平均自由程,可人工控制 超薄层厚度：足够薄(与电子的波长相当),使相邻势阱的电子 波函数重叠。 周期性势场：1)各薄层的晶格周期性势场；2）超晶格的周期 性势场。 (a)单量子阱 (b)多量子阱 (c)超晶格 Dai Xianying 3.4 多量子阱与超晶格 多量子阱（a）和超晶格（b）中电子的波函数 Dai Xianying 3.4 多量子阱与超晶格 3.4.1 复合超晶格 1、Ⅰ型超晶格 Dai Xianying 3.4 多量子阱与超晶格 3.4.1 复合超晶格 1、Ⅰ型超晶格 Dai Xianying 3.4 多量子阱与超晶格 3.4.1 复合超晶格 2、 Ⅱ型超晶格 Dai Xianying 3.4 多量子阱与超晶格 3.4.2 掺杂超晶格 n-GaAs/p-GaAs体系 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 Dai Xianying 3.5 半导体应变异质结 3.5.1 应变异质结 1、应变异质结的形成 2、应用 超过临界厚度后，弛豫Si1-xGex形成 Dai Xianying 3.5 半导体应变异质结 3.5.2 应变层材料能带的人工改性 （以Si1-xGex上生长应变异质Si为例） 2、晶格类型 3、晶格常数 4、能带结构 1、应变类型 5、迁移率： μn、μp均提高 6、应用：沟道长度小于0.1μm的CMOS电路 Dai Xianying 3.5 半导体应变异质结 Strained Si Bulk Si Δ6 ΔE24≈0.67y(eV) Δ4 Δ2 ml mt mt ml 应变Si导带能带分离示意图 应变Si价带能带分离示意图 Dai Xianying 第二次课堂作业 1）为什么要求异质结的晶格匹配？如何能够实现异质结的晶格匹配？ 2）若异质结的晶格不匹配，采用什么方法能够保证异质结界面处不产生缺陷（悬挂键）？ 3）应变外延层厚度与什么有关？ 化合物半导体器件 Dai Xianying 化合物半导体器件Compound Semiconductor Devices微电子学院戴显英2014.9 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 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 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 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 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） 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 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 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+