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 (U_x).

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 n_s≈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.