半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)講解課件

第九章半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)：兩種不同的半導(dǎo)體單晶材料組成的結(jié)pn結(jié)是在一塊半導(dǎo)體中用摻雜的辦法做成兩個(gè)導(dǎo)電類型不同的部分。一般pn結(jié)的兩邊是用同一種材料做成的，也稱為“同質(zhì)結(jié)”。廣義上說，如果結(jié)兩邊是用不同的材料制成，就稱為“異質(zhì)結(jié)”，但一般所說的指兩種不同半導(dǎo)體材料的接觸構(gòu)成的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)。根據(jù)結(jié)兩邊的半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型，異質(zhì)結(jié)可分為兩類：反型異質(zhì)結(jié)(p-n，n-p)和同型異質(zhì)結(jié)(n-n，p-p)。另外，異質(zhì)結(jié)又可分為突變型異質(zhì)結(jié)和緩變型異質(zhì)結(jié)，當(dāng)前人們研究較多的是突變型異質(zhì)結(jié)。內(nèi)容異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)異質(zhì)pn結(jié)的電流電壓特性異質(zhì)pn結(jié)的注入特性半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)量子阱結(jié)構(gòu)EnergyBandgapvs.LatticeConstantforVariousSemiconductorsFermilevelLawoftheJunctionI.pn(xn)

=pn0exp(VA/VT)np(xp)

=np0exp(VA/VT)Diffusioncurrentscomponents

Jn=Dn

dn/dx

Jp=-Dp

dp/dxDriftcurrentscomponents

Jn=qn

mnE

and

Jp=qp

mpEEinsteinrelation

LawoftheJunctionII.Shockleyequationforthediodei-vcharacteristicMassActionLawSummaryPNjunctionJunctionCapacitanceIJunctionCapacitanceIICapacitanceModel9.1半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)及其能帶圖根據(jù)半導(dǎo)體單晶材料的導(dǎo)電類型異質(zhì)結(jié){反型異質(zhì)結(jié)：導(dǎo)電類型相反同型異質(zhì)結(jié)：導(dǎo)電類型相同反型：p-nGe-GaAs

或(p)Ge-(n)GaAs,n-pGe-GaAs

或(n)Ge-(p)GaAs,p-nGe-Si,p-nSi-GaAs,p-nSi-ZnS,p-nGaAs-GaP,n-pGe-GaAs

等9.1.1半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的能帶圖同型：n-nGe-GaAs

或(n)Ge-(n)GaAs,p-pGe-GaAs

或(p)Ge-(p)GaAs,n-nGe-Si,n-nSi-GaAs,n-nGaAs-ZnSe,p-pSi-GaP,p-pPbS-Ge

等禁帶寬度較小的半導(dǎo)體材料寫在前面異質(zhì)結(jié)也可分為突變異質(zhì)結(jié)和緩變異質(zhì)結(jié)突變異質(zhì)結(jié)：從一種半導(dǎo)體材料向另一種半導(dǎo)體材料的過渡只發(fā)生于幾個(gè)原子距離范圍內(nèi)。緩變異質(zhì)結(jié)：從一種半導(dǎo)體材料向另一種半導(dǎo)體材料的過渡發(fā)生在幾個(gè)擴(kuò)散長度范圍內(nèi)。1.不考慮界面態(tài)時(shí)的能帶圖電子親和能禁帶寬度功函數(shù)}決定異質(zhì)結(jié)的能帶圖（1）突變反型異質(zhì)結(jié)能帶圖形成突變pn異質(zhì)結(jié)前的平衡能帶圖真空能級(jí)EV2EC2EF2Eg2W2n2EVn1ECEg1EV1EC1EF1形成異質(zhì)結(jié)前p型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)的位置n型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)的位置形成異質(zhì)結(jié)后，平衡時(shí)，有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)形成突變pn異質(zhì)結(jié)后的平衡能帶圖x1x0x2EV2qVD2EC突變反型異質(zhì)結(jié)平衡時(shí)統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)界面兩邊形成空間電荷區(qū)，正＝負(fù)內(nèi)建電場，在界面處不連續(xù)空間電荷區(qū)的能帶發(fā)生彎曲，不連續(xù)兩邊均為耗盡層能帶總的彎曲量VD稱為接觸電勢差（內(nèi)建電勢差、擴(kuò)散電勢）VD1:p型半導(dǎo)體的內(nèi)建電勢差VD2:n型半導(dǎo)體的內(nèi)建電勢差qVD1:n型半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂?shù)膹澢縬VD2:p型半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂?shù)膹澢繉?dǎo)帶底在交界面處的突變價(jià)帶頂在交界面處的突變EC導(dǎo)帶階EV價(jià)帶階np異質(zhì)結(jié)的平衡能帶圖EVECEC1EV1EV2EC2（2）突變同型異質(zhì)結(jié)能帶圖Eg1Eg2ECEV形成突變nn異質(zhì)結(jié)前的平衡能帶圖形成突變nn異質(zhì)結(jié)后的平衡能帶圖ECqVD1EVEg小的n型半導(dǎo)體一邊形成了電子的積累層，另一邊形成耗盡層pp異質(zhì)結(jié)平衡能帶圖EVEC2.考慮界面態(tài)時(shí)的能帶圖引入界面態(tài)的主要原因：形成異質(zhì)結(jié)的兩種半導(dǎo)體材料的晶格失配晶格常數(shù)a1，a2,且a1<a2,則晶格失配為晶格失配懸掛鍵界面態(tài)產(chǎn)生懸掛鍵的示意圖接觸前接觸后ECEVEFEg/32Eg/3N型P型2Eg/3Eg/3EF表面能級(jí)密度大的半導(dǎo)體能帶圖巴丁極限：具有金剛石結(jié)構(gòu)的晶體的表面能級(jí)密度在1013cm-2以上時(shí)，在表面處的費(fèi)米能級(jí)位于禁帶寬度的約1/3處。N型半導(dǎo)體，懸掛鍵起受主作用，表面處的能帶向上彎曲p型半導(dǎo)體，懸掛鍵起施主作用，表面處的能帶向下彎曲懸掛鍵起施主作用時(shí)，計(jì)入界面態(tài)影響的異質(zhì)結(jié)能帶圖pn異質(zhì)結(jié)np異質(zhì)結(jié)pp異質(zhì)結(jié)懸掛鍵起受主作用時(shí)，計(jì)入界面態(tài)影響的異質(zhì)結(jié)能帶圖pn異質(zhì)結(jié)np異質(zhì)結(jié)nn異質(zhì)結(jié)9.1.2突變反型異質(zhì)結(jié)的接觸電勢差及勢壘區(qū)寬度以pn異質(zhì)結(jié)為例，設(shè)p型和n型半導(dǎo)體中雜質(zhì)均勻分布，濃度分別為NA1

和ND2勢壘區(qū)的總寬度d1:勢壘區(qū)負(fù)空間電荷區(qū)的寬度d2:勢壘區(qū)正空間電荷區(qū)的寬度異質(zhì)結(jié)的接觸電勢差為VD1:VD在交界面p型半導(dǎo)體一側(cè)的電勢降VD2:VD在交界面n型半導(dǎo)體一側(cè)的電勢降熱平衡時(shí)勢壘區(qū)寬度接觸電勢差兩種半導(dǎo)體中的勢壘區(qū)寬度分別為VD

在界面兩側(cè)的電勢降分別為若在異質(zhì)結(jié)上加外電壓V,將上述公式中的VD,VD1,VD2

分別用(VD-V),(VD1-V1)及(VD2-V2)代替即可。V1:V在界面的p型一側(cè)的勢壘區(qū)中的電壓降V2:V在界面的n型一側(cè)的勢壘區(qū)中的電壓降9.1.3突變反型異質(zhì)結(jié)的勢壘電容單位面積勢壘電容和外加電壓的關(guān)系9.1.4突變同型異質(zhì)結(jié)的若干公式9.2半導(dǎo)體異質(zhì)pn結(jié)的電流電壓特性及注入特性9.2.1突變異質(zhì)pn結(jié)的電流電壓特性pnEF低勢壘尖峰異質(zhì)pn結(jié)的電流主要由擴(kuò)散機(jī)制決定高勢壘尖峰由n區(qū)擴(kuò)散向結(jié)處的電子，只有能量高于勢壘尖峰的才能通過發(fā)射機(jī)制進(jìn)入p區(qū)，異質(zhì)結(jié)電流主要由電子發(fā)射機(jī)制決定低勢壘尖峰情形異質(zhì)pn結(jié)加正向偏壓V,通過結(jié)的總電流密度Dn1和Ln1：p區(qū)少子電子的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散長度Dp2和Lp2：n區(qū)少子空穴的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散長度n10：p區(qū)少子濃度p20：n區(qū)少子濃度由n區(qū)注入p區(qū)的電子擴(kuò)散電流密度由p區(qū)注入n區(qū)的空穴擴(kuò)散電流密度n20：n區(qū)多子濃度p10：p區(qū)多子濃度若n20和p10在同一數(shù)量級(jí)，則對(duì)窄禁帶p型和寬禁帶n型的異質(zhì)結(jié)EC,EV>0,且>>kTJn>>Jp高勢壘尖峰情形異質(zhì)pn結(jié)由n區(qū)注入p區(qū)的電子電流密度由p區(qū)注入n區(qū)的電子電流密度正向偏壓時(shí)若m1*=m2*,則總電子電流密度正向偏壓時(shí)9.3半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)量子阱結(jié)構(gòu)及其電子能態(tài)與特性9.3.1半導(dǎo)體調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面量子阱1.界面量子阱中二維電子氣的形成及電子能態(tài)調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)：由寬禁帶重?fù)诫s的n型AlxGa1-xAs和不摻雜的GaAs組成的異質(zhì)結(jié)。EFGaAsn+-AlxGa1-xAs調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)界面處能帶圖二維電子氣在GaAs近結(jié)處形成電子的勢阱E0zV(z)調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)勢阱區(qū)內(nèi)電子勢能函數(shù)GaAs的導(dǎo)帶底位于布里淵區(qū)中心k=0,導(dǎo)帶底附近電子的m*各向同性用分離變量法求解X-y平面內(nèi)的平面波，對(duì)應(yīng)的能量電子在z方向被局限在幾到幾十個(gè)原子層范圍的量子阱中，能量Ez

量子化調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)勢阱中的電子在與結(jié)平行的平面內(nèi)作自由電子運(yùn)動(dòng)，實(shí)際就是在量子阱區(qū)內(nèi)準(zhǔn)二維運(yùn)動(dòng)，稱為二維電子氣。二維電子氣(2DEG)2.二維電子氣的子帶及態(tài)密度異質(zhì)結(jié)勢阱中電子的能量子帶異質(zhì)結(jié)勢阱中電子的能量Ei

分量相同時(shí)，（kx,ky)取值不同的電子能態(tài)組成的一個(gè)帶。求子帶中的態(tài)密度設(shè)二維電子氣在x

和y

方向的寬度為L,則nx,

ny

取整數(shù)k與（k+dk)間的電子態(tài)數(shù)Ei

取定后二維電子氣中單位面積單位能量間隔的子帶態(tài)密度異質(zhì)結(jié)二維電子氣的電子態(tài)密度0zV(z)E1E2E3Ei

在勢阱中的位置0D(E)E1E2E3ED(E)與能量關(guān)系3.調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)中電子的高遷移率重?fù)诫sn型AlxGa1-xAs和不摻雜的GaAs形成異質(zhì)結(jié)，其優(yōu)點(diǎn)

n型AlxGa1-xAs－電子供給區(qū)不摻雜的GaAs－電子輸運(yùn)區(qū)提高了電子遷移率應(yīng)用于半導(dǎo)體微波和毫米波器件中異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管AlGaAsx=0.25Eg=1.72eVGaAs0.19eV0.12eV0.35eV0.2eV0.55eV0.23eVInPEg=1.33eVGaInAsEg=0.75eVGaSbEg=0.72eVInAs

Eg=0.35eVInAlAsEg=1.5eVAlSbEg=1.62eVGaSbEg=0.72eV0.5eV0.4eVVariousHeterostructuresVacuumlevelBandAlignmentataHeterjunctionHeterostructuresandHeterostructureDeviceshnDEcDEvHEMTHBTDHlaserConfinecarriersBlockingbarriersSeparatecarriersfromdonorsNumberofStatesinKSpace3D2D1D1-D2-D3-D0E0E0EDensityofStatesEDensityofStatesofVariousQuantumStructuresD(E)ED(E)D(E)D(E)D(E)EEEBulkSuperlatticeQuantumWellQuantumWireQuantumDotEkEkd=l/2DBRbandgapsinphotoniccrystalControlofphotonmodesandopticalpathMinibandsinsuperlatticeBandgap

engeeringEffectivemassengineeringControlofelectrontransportWavenatureofelectronsandphotonsEnergybandsinperiodicstructures9.3.2雙異質(zhì)結(jié)間的單量子阱結(jié)構(gòu)1.導(dǎo)帶量子阱中電子的能態(tài)在AlxGa1-xAs上異質(zhì)外延極薄的GaAs,再異質(zhì)外延較厚的AlxGa1-xAs。單量子阱結(jié)構(gòu)的形成GaAsAlxGa1-xAsAlxGa1-xAs單量子阱結(jié)構(gòu)的能帶圖不考慮能帶彎曲0zV(z)l/2-l/2EC電子勢能分布勢能函數(shù)電子波函數(shù)電子能量量子阱中電子在平行于結(jié)面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是自由的，形成了二維電子氣對(duì)電子能量Ez

小于勢阱高度EC

的束縛態(tài)阱外阱內(nèi)Ez<EC

時(shí)電子波函數(shù)在勢阱區(qū)兩邊的勢壘區(qū)有一定的穿透深度在阱內(nèi)電子取分立能級(jí)E1,E2,…,Ei

,…

阱內(nèi)總有一個(gè)束縛態(tài)勢阱越深，阱內(nèi)束縛態(tài)越多2.價(jià)帶量子阱中的空穴能態(tài)二維空穴氣（2DHG）單量子阱結(jié)構(gòu)的GaAs中空穴處于價(jià)帶量子阱中，在與結(jié)平行的面內(nèi)形成二維空穴氣。3.量子阱中的激子激子半導(dǎo)體中電子和空穴因庫侖力相互作用而形成的電子、空穴對(duì)。體半導(dǎo)體材料中激子結(jié)合能小，在低溫、高純材料中才能觀察到半導(dǎo)體量子阱中激子結(jié)合能大，在室溫下能觀察到器件應(yīng)用中，要求選取晶格匹配的異質(zhì)結(jié)構(gòu)利用三元或四元合金材料調(diào)整材料的晶格常數(shù)，使兩種材料的晶格常數(shù)非常接近GaAs-AlxGa1-xAs,InP-In0.52Al0.48As9.4半導(dǎo)體應(yīng)變異質(zhì)結(jié)應(yīng)變異質(zhì)結(jié)在一種材料襯底上外延另種晶格常數(shù)不匹配的材料時(shí)，若兩種材料的晶格常數(shù)相差不太大，外延層的厚度不超過某臨界值時(shí)，生長的外延層發(fā)生彈性形變，在平行于結(jié)面方向產(chǎn)生張應(yīng)變或壓縮應(yīng)變，使其晶格常數(shù)改變?yōu)榕c襯底的晶格常數(shù)相匹配，同時(shí)在與結(jié)面垂直的方向也產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變。弛豫當(dāng)外延層的厚度超過臨界厚度時(shí)，則外延層的應(yīng)變消失，恢復(fù)原來的晶格常數(shù)。贗晶生長應(yīng)變異質(zhì)結(jié)的無界面失配應(yīng)變層的生長模式。贗晶生長的臨界厚度隨生長溫度的升高而減小，隨贗晶組分的不同而改變。應(yīng)變異質(zhì)結(jié)的應(yīng)用擴(kuò)展了異質(zhì)結(jié)材料的種類實(shí)現(xiàn)材料人工改性9.5半導(dǎo)體超晶格半導(dǎo)體超晶格一種人造材料，由交替生長的兩種半導(dǎo)體材料薄層組成的一維周期性結(jié)構(gòu)，其薄層厚度的真氣小于電子的平均自由層。生長超晶格的技術(shù)MBE,MOCVD理想超晶格結(jié)構(gòu)超晶格材料III-V/III-V,IV/III-V,II-VI/II-VI,IV-VI/IV-VI化合物超晶格材料元素半導(dǎo)體超晶格材料IV/IV非晶態(tài)半導(dǎo)體超晶格材料超晶格材料的應(yīng)用量子阱激光器、量子阱光電探測器、光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)器件、調(diào)制摻雜場效應(yīng)晶體管超晶格材料的分類成分超晶格：周期性改變薄層的成分。摻雜超晶格：周期性改變同一成分的各薄層中的摻雜類型。Ga1-xAlxAs/GaAsGaAsGa1-xAlxAsGa1-xAlxAs/GaAs能帶圖bcECEVGaAsGa1-xAlxAszZ方向周期性勢場為n為整數(shù)超晶格中電子運(yùn)動(dòng)的方程

異質(zhì)結(jié)器件異質(zhì)結(jié)器件的發(fā)展過程異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)當(dāng)前的一些研究進(jìn)展pn結(jié)是組成集成電路的主要細(xì)胞，50年代pn結(jié)晶體管的發(fā)明及其后的發(fā)展奠定了現(xiàn)代電子技術(shù)和信息革命的基礎(chǔ)。1947年12月，巴丁﹐J.﹑W.H.布喇頓和W.肖克萊發(fā)明點(diǎn)接觸晶體管。1949年肖克萊提出pn結(jié)理論，也稱為理想pn結(jié)的肖克萊方程：

j=js(eqv/kt-1)

其中j=q(np0Dn/Ln+pnDp/Lp).1957年，克羅默指出有導(dǎo)電類型相反的兩種半導(dǎo)體材料制成異質(zhì)結(jié)，比同質(zhì)結(jié)具有更高的注入效率。1962年，Anderson提出了異質(zhì)結(jié)的理論模型，他理想的假定兩種半導(dǎo)體材料具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)，基本說明了電流輸運(yùn)過程。1968年美國的貝爾實(shí)驗(yàn)室和蘇聯(lián)的約飛研究所都宣布做成了GaAs-AlxGa1-xAs雙異質(zhì)結(jié)激光器。在70年代里，液向外延(LPE)，汽相外延(VPE)，金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MO-CVD)和分子束外延(MBE)等先進(jìn)的材料成長方法相繼出現(xiàn)，使異質(zhì)結(jié)的生長日趨完善。

異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)：NP空間電荷區(qū)XM空間電荷區(qū)－耗盡層XNXP空間電荷區(qū)為高阻區(qū)，因?yàn)槿鄙佥d流子理想突變反型異質(zhì)結(jié)的物理性質(zhì)：1.在零偏壓下，接觸界面上的費(fèi)米能級(jí)要相等，發(fā)生載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，界面附近留下一個(gè)空間電荷區(qū)（耗盡區(qū)或者勢壘區(qū)）。在熱平衡下，即載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)內(nèi)建電場，電勢差滿足：qVD=EF2-EF1;，

勢場分布為VD1/VD2=ε1NA/ε2ND，

勢壘電容

CT=dQ/dT=A[]0.52.平衡時(shí)能帶的兩個(gè)特點(diǎn)：(1)能帶發(fā)生了彎曲，出現(xiàn)了尖峰和凹口(2)能呆在交界面上不連續(xù)，導(dǎo)帶底上的突變?chǔ)C=Χ1-Χ2,價(jià)帶頂?shù)耐蛔儲(chǔ)V=(Eg2-Eg1)-(Χ1-Χ2)考慮界面態(tài)時(shí)異質(zhì)結(jié)的能帶圖：1.異質(zhì)結(jié)的界面態(tài)主要來自組成成異質(zhì)結(jié)的晶格失配，定義晶格失配為2(a2-a1)/(a1+a2)。晶格失配會(huì)在交界面上產(chǎn)生懸掛建，引入界面態(tài)。界面態(tài)密度DIT會(huì)直接影響異質(zhì)結(jié)的各個(gè)物理性質(zhì)。另外，兩種材料的熱膨脹系數(shù)不同和化合物半導(dǎo)體中的成分元素的互擴(kuò)散都會(huì)引入界面態(tài)。當(dāng)兩種材料的晶格常數(shù)極為接近時(shí)，晶格匹配較好，可以不考界面態(tài)的影響；實(shí)際上都要考慮這個(gè)影響。有時(shí)候可加入少量雜質(zhì)元素改變晶格匹配效果，例如在Si1-xGex/Si異質(zhì)結(jié)中加入C原子，1%的C可以補(bǔ)償91.4%的Ge所帶來的壓應(yīng)變。2.增加了界面態(tài)能級(jí)，他們將成為載流子的非輻射復(fù)合中心。3.影響界面附近的電荷分布。加偏壓時(shí)的一些物理現(xiàn)象：1.加偏壓時(shí)，結(jié)兩邊的電勢要變化VD1’=VD1-V1VD2’=VD2-V2VD’=(VD1-V1)-(VD2-V2)=VD-V2.結(jié)兩邊費(fèi)米能級(jí)間隔變?yōu)閝V；結(jié)勢壘發(fā)生變化，載流子發(fā)生重新分配，其輸運(yùn)機(jī)制根據(jù)勢壘的不同形式發(fā)生變化。I-V曲線1.異質(zhì)結(jié)的J-V曲線與pn結(jié)相似，一般為非線性關(guān)系，(加正向電壓時(shí)

J∞[exp(βV)-1]

存在一個(gè)導(dǎo)通電壓，導(dǎo)通時(shí)以指數(shù)形式變化且與溫度關(guān)系緊密，反向電壓時(shí)

J=j0

[1-exp(-βV)],

這個(gè)電流也稱為反向抽取電流，存在一個(gè)反向飽和電流j0=q(nφ0Ln/гn+pn0Dp/гp),當(dāng)電壓增大到某一值Vb

時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象,這個(gè)電壓稱為擊穿電壓關(guān)于電流輸運(yùn)機(jī)制的幾個(gè)模型：1.擴(kuò)散模型2.熱電子發(fā)射模型3.隧道-復(fù)合模型4.熱離子發(fā)射-界面態(tài)模型擴(kuò)散模型（Andeson模型）：最早由Anderson提出對(duì)象：(1)理想突變異質(zhì)結(jié)（邊界上突變，界面上沒有界面電子態(tài)）(2)導(dǎo)帶勢壘尖峰低于另一導(dǎo)帶底(3)忽略勢壘區(qū)載流子的產(chǎn)生和復(fù)合模型：載流子輸運(yùn)過程主要是多子由一端能夠越過勢壘的電子擴(kuò)散到另一端過程，即電流輸運(yùn)主要有擴(kuò)散理論決定。如圖1主要結(jié)論：(1)Jn=qDn1n10/Ln1[exp(qV/K0T)-1]

Jp=-qDp2p20/Lp2[exp(qV/K0T)-1]

注入比：Jn/Jp=(Dn1ND2Lp2/Dp2NA1Ln1)exp(ΔE/kT)∞ND2/NA1*exp(ΔE/Kt),在寬緊帶和窄禁帶材料組成的異質(zhì)結(jié)中可以實(shí)現(xiàn)高注入。(2)如果用多數(shù)載流子濃度代替，那么得到Jn

∞exp(qΔEc/K0T),Jp

∞exp(-qΔEv/K0T),可以看出由于勢壘高度的不同一般只有一種載流子其主要作用，這里是Je起主要作用。熱電子發(fā)射模型：對(duì)于高勢壘尖峰情況（圖2），通過異質(zhì)結(jié)的電流主要是由發(fā)射機(jī)制控制的，它的J-V曲線與擴(kuò)散模型相似。隧道-復(fù)合模型：模型：如圖(1)在交界面存在界面態(tài)(2)載流子的流動(dòng)過程包括：隧道電子流，復(fù)合的電子流和空穴流，越過勢壘的空穴擴(kuò)散流和發(fā)射流等。主要結(jié)論：(1)J=Jp+Jr,D=Aexp(aV)+Bexp(qV/mkT),在高電壓區(qū)，Jp起主要作用，lnJ-V直線的斜率與溫度T無關(guān)；在低電壓區(qū)，Jr,D起主要作用，溫度影響lnJ-V直線的斜率。(2).這個(gè)結(jié)果如很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致。如圖熱離子發(fā)射-界面態(tài)模型1.界面態(tài)模型：最早由Tersoff提出。界面上產(chǎn)生界面能級(jí)，分為兩類：類施主能級(jí)和類受主能級(jí)。2.根據(jù)界面態(tài)模型得到的一些結(jié)果(1)界面總電荷態(tài)密度QIT=QITL+QITR=-q2DIT(φSL+Vp-EBL/q+V)(2)根據(jù)電中性條件QSC+QIT=0→φSL,φSR=φ(V,DIT),函數(shù)形式如圖所示。界面態(tài)密度會(huì)影響表面勢φSL

和φSR3.電流輸運(yùn)：(1)電流密度J=JE+JH=AE*T2exp(-qVN/kT)exp(-qφSR/kt)+AH*T2exp(-qVp/kt)exp[(-qφSL+ΔEV)/kT],界面態(tài)密度要影響I-V曲線；(2)電導(dǎo)G=dJ/dV=GE+GH。(3)二極管理想因子N=β/(dlnJ/dV)(4）總電容C為CL與CR的串聯(lián)結(jié)果。4.串聯(lián)電阻的影響：異質(zhì)結(jié)的串聯(lián)電阻會(huì)有分壓作用，結(jié)果流經(jīng)pn結(jié)的電壓變?yōu)閂-JR，上面的結(jié)論中的V都要用V-JR代替?？梢钥吹?，高壓下串聯(lián)電阻影響較大，會(huì)掩蓋I-V的非線性關(guān)系。以上結(jié)果與Ge-GaAs,Ge-AlGeAs等一些異質(zhì)結(jié)的結(jié)果一致。理想因子：異質(zhì)結(jié)的一些特性：1.高注入比。高注入比可以用來提高晶體管的頻率特性，利用這種性質(zhì)制成的HBT有廣泛的應(yīng)用，例如雷達(dá)，無線通訊(GaAs-HBT放大器)等。2.超注入現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。3.窗口效應(yīng)，可以提高光生伏特效率。4.高頻特性總結(jié)：相比同質(zhì)結(jié)，(1)異質(zhì)結(jié)兩側(cè)的材料具有不同的禁帶寬度(2)由于介電常數(shù)的不同，會(huì)使界面處出現(xiàn)能帶的凸起和凹口，結(jié)果能帶出現(xiàn)不連續(xù)。(3)在異質(zhì)結(jié)界面處存在比較復(fù)雜的界面態(tài)。

目前異質(zhì)結(jié)制備的一些常用方法：1.分子束外延技術(shù)。2.MO-CVD3.液相外延4.化學(xué)池沉積。5.物理氣相沉積法。6.輔助化學(xué)法7.sol-gel目前的一些研究對(duì)象：1.制備電子器件：(1)開關(guān)器件(2)整流器件SiC基異質(zhì)材料(3)場效應(yīng)晶體管(4)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)主要應(yīng)用材料為GaAs/AlGaAs/GaInP,InGaAs/InP/InAlAs,Si/SiGe等(5)HEMT(Highelectronmobilitytransistor)2.制備發(fā)光二極管：(1)異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管，異質(zhì)結(jié)構(gòu)為CdTe/PS，ZnS/ps等(2)制備新型的發(fā)光設(shè)備取代傳統(tǒng)光源，白光LED是繼白熾燈和日光燈之后的第三代電光源，主要集中在GaN基pn結(jié)研究上，例如AlGaInN/GaN。

3.GaAs或InP基半導(dǎo)體激光器，這主要用于通信技術(shù)。在1.25—1.65μm范圍內(nèi)，現(xiàn)在主要的異質(zhì)結(jié)激光器是GaInAsPorAlGaInAs/InP，而對(duì)于GaInNAs/GaAs,發(fā)射頻率已做到1.52μm,用改進(jìn)的GaInNAsSb/GaAs異質(zhì)結(jié)激光器發(fā)射頻率達(dá)到1.49μm，發(fā)射功率為0.2mA/μm

2。4.制備太陽能電池，例如ZnO/n-Si,ps/c-SiPINStructureDWDM/FilterDWDM/FilterStructureofFilterModuleArrayWaveguide(AWG)AWGFiberBraggGratingFiberCouplerOpticalIsolatorOADMI.OADMII.

Thefibreringentersfromtheleftofthepicture,andexitstotheright.AlllightenteringfromtheringpassesthroughtheOpticalCirculator,whichisanopticaldevicewithmultiplefibresattached.Inthiscasetherearethreefibres,sowesaythecirculatorhasthree"ports".Thecirculatorhasthespecialpropertythatlightenteringatoneportwillexitatthenextportinthecircle,asindicatedbythearrow.ThenextelementencounteredistheFibreBraggGrating.Thisisaspecialsectionofopticalfibre,afewcentimetersinlength,whichhasbeenmodifiedsothatitbehaveslikeawavelength-selectivemirror.Inthiscase,the"red"wavelengthisreflectedbackthewayitcame,butallotherwavelengthspassstraightthrough.Theredlightre-entersthecirculator,thistimeemergingatthetopport,whereitisdroppedtotheattachednode.ThefinalelementintheOADMisaFibre-OpticCoupler.Thisisasimplefibredevicewhichcombineslightfromtwofibresintoasinglefibre.ThisimplementsthewavelengthaddfunctionoftheOADM.Themostimpor