 |
Ковалев А.Н. Физика и технология наноструктурных гетерокомпозиций: учебник / А.Н.Ковалев, О.И.Рабинович, М.И.Тимошина. - М.: МИСИС, 2015. - 459 с.
ШИФР ОТДЕЛЕНИЯ ГПНТБ СО РАН В37-К56
| |
Условные обозначения и сокращения8
Предисловие ..................................................... 10
1 Основные понятия физики полупроводниковых материалов ....... 11
1.1 Металлы, диэлектрики и полупроводники ...................... 11
1.2 Электропроводность твердых тел ............................. 12
1.3 Основные уравнения движения носителей тока ................. 14
1.3.1 Уравнение непрерывности ............................. 14
1.3.2 Уравнения для плотности токов ....................... 16
1.3.3 Уравнение Пуассона .................................. 17
1.4 Механизмы проводимости твердых тел ......................... 19
1.4.1 Прохождение тока через металлический проводник ...... 19
1.4.2 Прохождение тока через идеальный диэлектрик ......... 20
1.4.3 Прохождение тока через идеальный монополярный
полупроводник ....................................... 22
1.4.4 Произвольный случай ................................. 26
1.4.5 Биполярная проводимость ............................. 26
1.5 Контактные явления ......................................... 30
1.6 Свойства структуры металл-диэлектрик-полупроводник ......... 32
1.6.1 Энергетические диаграммы идеальной МДП-структуры .... 32
1.6.2 Собственный полупроводник ........................... 34
1.6.3 Примесный полупроводник ............................. 35
1.6.4 Приближение полного обеднения ....................... 36
1.6.5 Учет свободных носителей заряда ..................... 38
1.7 Выпрямляющий и омический контакты металл-полупроводник ..... 45
1.7.1 Выпрямляющий контакт ................................ 46
1.7.2 Роль поверхностных состояний ........................ 48
1.7.3 Невыпрямляющий (омический) контакт .................. 50
2 Свойства p-n-перехода ...................................... 53
2.1 Образование p-n-перехода. Толщина и барьерная емкость
p-n-перехода ............................................... 53
2.2 Резкий p-n-переход ......................................... 56
2.3 Линейный симметричный p-n-переход .......................... 58
2.4 Неоднородный полупроводник ................................. 60
2.1 Идеальная вольтамперная характеристика ..................... 63
2.6 Генерация и рекомбинация носителей в обедненном слое ....... 67
2.7 Высокий уровень инжекции ................................... 68
2.8 Учет сопротивления базы .................................... 68
2.9 Пробой p-n-перехода ........................................ 69
2.10 Поведение p-n-перехода на малом переменном сигнале.
Переходные процессы ........................................ 70
Переходные процессы в p-n-переходе ......................... 74
2.11 Сравнение диодов Шоттки с p-n-переходами ................... 76
2.12 Варизонный полупроводник ................................... 77
3 Гетеропереходы ............................................. 79
3.1 Построение энергетических диаграмм. Разрывы краев
энергетических зон ......................................... 79
3.2 Односторонняя инжекция ..................................... 84
4 Квантование энергии электронов. Сверхрешетки. Квантово-
размерные объекты .......................................... 86
4.1 Двумерная плотность электронных состояний .................. 86
4.2 Потенциальная энергия электронов в инверсионном слое,
приближение треугольного потенциала ........................ 88
4.3 Модель Кронига - Пенни ..................................... 90
4.4 Квантово-размерные объекты ................................. 91
4.4.1 Дельта (δ)-легирование .............................. 92
4.4.2 Квантово-размерные нити и точки. Плотность
электронных состояний ............................... 94
4.5 Квантово-размерный эффект и плотность состояний блоховских
волн ....................................................... 96
4.6 Сверхрешетки ............................................... 98
4.7 Оптические свойства сверхрешеток .......................... 103
5 Эпитаксиальные методы выращивания наногетероструктур ...... 106
5.1 Технологии выращивания квантово-размерных объектов ........ 106
5.1.1 Послойный и нормальный рост кристалла .............. 106
5.1.2 Спиральный механизм роста .......................... 112
5.1.3 Гетерогенное и гомогенное образование зародышей .... 113
5.1.4 Коалесценция и образование сплошного слоя .......... 116
5.1.5 Механизмы формирования гетероэпитаксиальных
структур с квантово-размерными точками ............. 118
5.1.6 Полупроводниковые нанотрубки ....................... 125
5.2 Технологии выращивания многокомпонентных
наногетероструктур и тонких пленок ........................ 127
5.2.1 Метод молекулярно-лучевой эпитаксии ................ 128
5.2.2 Метод эпитаксиального выращивания гетероструктур
из металлоорганических соединений (МОС-гидридный
метод) ............................................. 132
5.2.3 Рентгено-дифрактометрические методы исследования
структурных свойств слоев AlInGaN .................. 141
5.3 Электролюминесцентные свойства гетероструктур ............. 143
5.4 Электронография ........................................... 144
5.5 Рентгенолитография ........................................ 147
5.6 Ионная литография ......................................... 149
5.7 Фотолитография ............................................ 150
6 Полупроводниковые приборы ................................. 155
6.1 Выпрямители ............................................... 155
6.2 Стабилитроны .............................................. 156
6.3 Варикапы .................................................. 157
6.4 Высокочастотные диоды ..................................... 159
6.4.1 Туннельный и обращенный диоды ...................... 162
6.4.2 Лавинно-пролетные диоды ............................ 168
6.5 Надежность диодов ......................................... 170
6.6 Биполярные гетеротранзисторы на Si/GexS1-x и AIIIBV ....... 172
6.6.1 Основные характеристики биполярного транзистора .... 172
6.6.2 Эквивалентная схема транзистора. Предельные
частоты ............................................ 176
6.6.3 Дрейфовый планарный биполярный транзистор .......... 180
6.6.4 Принцип действия биполярного гетеротранзистора ..... 182
6.6.5 Биполярные гетеротранзисторы на основе AmBv ........ 186
6.6.6 Биполярные гетеротранзисторы на основе нитридов
III группы ......................................... 194
6.6.7 Сравнение достигнутых результатов с
теоретическими оценками ............................ 199
6.7 Современные полевые гетеротранзисторы на основе
соединений AIMBV .......................................... 209
6.7.1 Основные представления и параметры ................. 210
6.7.2 Модель полевого транзистора ........................ 210
6.7.3 Особенности переноса в субмикронных структурах ..... 217
6.7.4 Полевые транзисторы на основе AlxGa1-xAs/GaAs
гетероструктур ..................................... 221
6.7.5 Полевые гетеротранзисторы на основе материалов
AIIIN .............................................. 238
6.8 Фотоприемники ............................................. 274
6.9 Фотодиоды. Фотодиодный и фотогальванический режим.
Фототранзисторы ........................................... 277
6.10 Фотоэлементы .............................................. 281
6.11 Фотоприемники на основе квантово-размерных структур ....... 282
6.12 Солнечные элементы ........................................ 287
6.12.1 Солнечные элементы на основе кремния ............... 294
6.12.2 Многопереходные кремниевые солнечные элементы ...... 296
6.12.3 Солнечные элементы на основе соединений AIIIBV ..... 296
6.12.4 Технологии изготовления солнечных элементов ........ 297
6.12.5 Каскадные солнечные элементы ....................... 300
6.13 Светоизлучающие диоды ..................................... 305
6.13.1 Типы светоизлучающих диодов ........................ 305
6.13.2 Характерные черты многокомпонентных
наногетероструктур на основе AIII,BV ............... 315
6.13.3 Устройства на основе многокомпонентных
наногетероструктур AlGaInP ......................... 325
6.13.4 Светоизлучающие диоды на основе многокомпонентных
наногетероструктур AlGaInN ......................... 352
6.13.5 Структура AlGaInP светоизлучающих диодов ........... 368
6.13.6 Технология сборки светоизлучающих диодов ........... 370
6.13.7 Влияние деградационных явлений на рабочие
характеристики светоизлучающих диодов .............. 372
6.13.8 Обзор исследований в области деградации
светоизлучающих диодов ............................. 380
6.14 Инжекционные лазеры ....................................... 389
6.14.1 Гетероструктуры AlGaN/InGaN/GaN с квантово-
размерными ямами для инжекционных лазеров .......... 389
6.14.2 Принцип действия полупроводникового инжекционного
лазера ............................................. 393
6.14.3 Лазерная генерация через состояния
самоорганизованных квантовых точек ................. 395
6.15 GaN-материал для спинтроники .............................. 398
7 Краткий обзор развития транзисторов, светоизлучающих
диодов и лазеров. Примение светоизлучающих диодов ......... 409
7.1 Основные этапы развития технологии транзисторов ........... 409
7.2 Развитие технологии светоизлучающих диодов ................ 417
7.3 Этапы развития лазерных технологий ........................ 430
7.4 Основные области применения светоизлучающих диодов ........ 439
Библиографический список ....................................... 449
|
| Учебник содержит всестороннее изложение базовых элементов физики полупроводников, объемное изложение и анализ современных технологий выращивания полупроводниковых материалов, учитывающих квантово-размерные эффекты (метод молекулярно-лучевой эпитаксии и газофазная эпитаксия из металлоорганических соединений, метод Фольмера-Вебера-Странского, Бар-тона-Кабреры-Ван дер Мерве). Рассмотрены современные многокомпонентные наногетероструктуры, в том числе нитридные, фосфидные и арсенидные материалы. Представлен и проанализирован широкий спектр приборов опто- и наноэлектроники. Приведены рабочие характеристики всех видов транзисторов, фотодиодов, солнечных элементов, светоизлучающих диодов и лазеров, механизмы их деградации и принципы спинтроники на основе нитридов.
Учебник предназначен для бакалавров, магистров, инженеров, обучающихся по специальностям 28.03.01 «Нанотехнологии и микросистемная электроника», 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника», 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», 11.03.01 «Радиотехника», 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». Представляет интерес для широкого круга читателей, специализирующихся в опто- и наноэлектронике, технологии полупроводниковых материалов и приборов на их основе. |
|
