15-ma’ruza. Geteroo’tishlar olishning texnologik usullari

15-ma’ruza. Geteroo’tishlar olishning texnologik usullari.
Ikkita har xil moddalarning bir-biriga tutashuvi (kontaktga keltirilishi) geteroo’tishlar (GO’) deyiladi. GO’ ning har xil turlari mavjud:

1. 
   Ikkita har xil yarim o’tkazgich asosidagi GO’. Misol, GaAs va Ge, GaP va Si, CdTe va CdS va boshqalar.
   
2. 
   Metall va yarim o’tkazgich asosidagi GO’ (Shottki baryeri misolida). Misol, Au va Si, Ge va boshqalar.
   
3. 
   Metall va yarim o’tkazgich orasidagi omik kontakt.
   

Geteroo’tishlarning fizikaviy xossalarini o’rganish va uni tahlil qilish, ularning energetik diagrammalarini tuzish asosida olib boriladi. Shuning uchun, qisqacha GaAs-Ge geteroo’tishining energetik diagrammasi misolida ko’rib o’tamiz. Faraz qilaylik, berilgan yarim o’tkazgichlarning hajmdagi xususiyatlari ajralish chegarasigacha o’zgarmaydi va chegara qismida keskin bir material xususiyatidan boshqa material xususiyatiga o’zgaradi. GaAs va Ge materiali uchun man qilingan zonalar kengligi (E_g) mos ravishda 1,45 va 0,7 eV ga teng.
Chiqish ishining kattaligi Fermi sathidan to vakuum sathigacha bajarilgan ish miqdoriga teng bo’lgani uchun va Fermi sathining kirishmalar konsentrasiyasiga bog’likligi sababli, uning o’rniga elektronga moyillikni olish maqsadga muvofiqdir, ya’ni o’tkazuvchanlik sohasi chegarasidan vakuum sathigacha bajarilishi kerak bo’lgan ish kirishmalar energiyasiga bog’lik emas. Jadvalda GaAs va Ge ni xarakterlaydigan energetik diagramma tuzish uchun kerak bo’ladigan parametrlar keltirilgan.

PARAMETRLAR	GaAs	Ge
Elektronga moyillik, χ va man qilingan zona kengligi, Eg , (eV)	4,07, 1,45	4,13, 0,7
Kompensasiya qilinmagan donorlar konsentrasiyasi,Nd-Na, sm^-3	10^16
Kompensasiya qilinmagan akseptorlar konsentrasiyasi, Na-Nd, sm^-3		3 10^16
EC-EF = δGaAs, eV	0,1
EF-EV = δGaAs, eV		0,14
Panjara doimiysi, α,Å	5,654	5,658
Nisbiy dielektrik kirituvchanlik, ε	11,5	16

Elektronning E_Fp sathdagi energiyasi uning E_Fn sathdagi energiyasidan kam, shuning uchun Fermi sathlari tenglashuvi uchun ( materiallar kontaktga keltirilgan hol) bir qism elektronlar GaAs dan Ge ga o’tadi. Bunday harakat (ko’chish) chegaraviy qismda arsenid galliyda E_c sathining yuqoriga qayrilishiga olib keladi. Fermi sathining siljishi
E_Fp – E_Fn = (χ_{Ge Q} E_g(Ge) – δ_Ge) – (χ_GaAs Qδ_GaAs) =V_Dn Q V_Dp (7)
bo’lib, bu miqdor 0,52 eV ga teng bo’ladi.
Bu yerda V_Dn, V_Dp – mos ravishda GO’ ning energetik sohasidagi elektronlar va teshiklar uchun bo’lgan energetik uzilishlar, δ_Ge va δ_GaAs – mos ravishda Ge va GaAs geteroo’tish chegarasida materiallar o’tkazuvchanlik va valent sohalari energetik nomuvofiqligi hisobiga hosil bo’ladigan qo’shimchap uzilishlar qiymati. Gomoo’tishdagi kabi, chegara yaqinida χ_n va χ_p qalinliklarda zaryadga kam hududlar mavjud bo’lib, zaryad saqlanish qonuniga asosan
χ_n va χ_p =N_a/N_d (8)
saqlanishi kerak. Puasson tenglamasiga asosan
V_Dn =N_D (χ_n²) / 2ε_GaAs va V_Dp= NA(χ_p)² / 2ε_Ge (9)
bu tenglamadan
V_Dn/V_Dp = N_A ε_Ge / N_D ε_GaAs (10)
kelib chiqadi. Bizning hol uchun bu nisbat 4:1 ni tashkil qiladi. Shuning uchun, bu nisbat 0,42 eV va 0,10 eV ga tengdir.
Oddiy geometrik mulohazalar asosida ∆E_c uzilish uchun quyidagi tengliklarni keltirish mumkin.
∆E_c =q δ_GaAs Q V_Dn – (E_g(Ge) – δ_Ge) Q V_Dp (11)

∆E_c= χ_Ge – χ_GaAs (12)

Valent sohadagi energetik uzilish uchun esa quyidagi tenglikni keltirish mumkin.
∆E_V = ( E_g(GaAs) – E_g(Ge)) – (χ_Ge- χ_GaAs) (13)
va (12), (13) ifodalardan.
∆E_cQ∆E_V= E_g(GaAs) – E_g(Ge) (14)
hosil bo’ladi. Shunday mulohaza asosida boshqa geterojuftliklar uchun ham energetik diagrammalarni tuzish mumkin. Bu diagrammalar ajralish chegarasida zaryad bo’lmagan hol uchun to’g’ri bo’ladi.