Halbleiter-Heterostrukturen

Bandenergien zweier Materialien unterschiedlicher Dotierung mit unterschiedlichem Bandabstand zwischen Valenzbandenergie E_v und Leitungsbandenergie E_c, ohne Kontakt.

Heteroübergang dieser Materialien mit Kontakt. Diffusionsspannung ψ_D (siehe p-n-Übergang). Der Energieunterschied zum Vakuumenergieniveau entspricht der Ionisationsenergie.

Als Heteroübergang (auch Heterostruktur, engl. Heterojunction) wird die Grenzschicht zweier unterschiedlicher Halbleitermaterialien bezeichnet. Anders als bei einem p-n-Übergang ist hier nicht (nur) die Dotierungsart, sondern die Materialart verschieden. Die Halbleiter besitzen deshalb i. A. eine unterschiedliche Energie der Bandlücke.

Heteroübergänge finden sich bei III-V-Halbleitern oder bei II-VI-Halbleitern.

Berechnung

Bei einem p-n-Heteroübergang stellt sich eine Unregelmäßigkeit in den Energiebändern der Materialien ein. Die Länge X dieser Unregelmäßigkeit, eine Verbiegung der Bandkanten, lässt sich über die Poissongleichung berechnen. Nimmt man den Übergang vom negativ dotierten Material 1 zum positiv dotierten Material 2 mit den relativen Dielektrizitätskonstanten $\varepsilon$ und Dotierungskonzentrationen N_D bzw. N_A an. So stellt sich mit der Diffusionsspannung ψ_D bei angelegtem äußerem elektrischen Feld der Spannung U eine Bandverbiegung der folgenden Weite ein:

$X_1 = \left[\frac{2}{q}\frac{\varepsilon_1\varepsilon_2\cdot N_A(\psi_D - U)}{N_D(\varepsilon_2N_D+\varepsilon_1N_A)}\right]^\frac{1}{2}$, $X_2 = \left[\frac{2}{q}\frac{\varepsilon_1\varepsilon_2\cdot N_D(\psi_D - U)}{N_A(\varepsilon_2N_D+\varepsilon_1N_A)}\right]^\frac{1}{2}$

Anwendung

• High Electron Mobility Transistor (HEMT)
• Heterojunction Bipolartransistor (HBT)

Siehe auch

• Halbleiter
• Galliumarsenid
• Galliumnitrid