Beata Staśkiewicz - Instytut Fizyki

ROZDZIAŁ 2
“It’s a discovery of a material which breaks
the laws that were artificially constructed.
They were not laws of nature;
they were laws of the
human classificatory system.”-
Mackay.
Budowa, technologia, zastosowania
wielowarstwowych struktur półprzewodnikowych
2.1 Budowa supersieci półprzewodnikowych.
Rozdział ten stanowi zestawienie dotychczasowych dokonań związanych
z metodami wytwarzania wielowarstwowych układów półprzewodnikowych
zwanych dalej supersieciami, a takŜe w jasny i prosty sposób opisuje (w ujęciu
fizycznym) budowę tego typu struktur, nierozłącznie związaną z zastosowaniami
oraz właściwościami układów wielowarstwowych [19]. Warto przy tym
nadmienić, iŜ metody te dotyczą wytwarzania zarówno struktur periodycznych,
gdzie moŜna kontrolować porządek oraz sposób ułoŜenia warstw, jak
i nieperiodycznych, gdzie kolejność warstw jest zdeterminowana lub
przypadkowa [20].
Supersieci w najprostszy a zarazem w najbardziej dobitny sposób moŜna
zdefiniować jako monokryształy, składające się z dwóch lub kilku powtarzających
się okresowo lub nieokresowo, cienkich warstw półprzewodników o róŜnym
składzie chemicznym, z na przemian większą bądź mniejszą szerokością pasma
zabronionego, mających specyficzne właściwości elektronowe. Supersieć [7] jest
zatem tworem pośrednim między układem dwuwymiarowym (np. studnia
kwantowa) a litym półprzewodnikiem. Stany elektronowe nie są tu przestrzennie
zlokalizowane jak w studni, z drugiej strony występują typowe dla struktur
dwuwymiarowych obszary energii wzbronione dla elektronu [19].
Według autora pracy [7] najprostszą supersieć (tzw. sieć binarną)
otrzymuje się poprzez periodyczne powielanie układu dwóch warstw − studni i
bariery − w obydwu kierunkach osi Z (patrz rysunek 2.1). Powstaje wówczas
sztuczny kryształ, o długości komórki elementarnej wzdłuŜ osi Z równej
d = d w + d b. (2.1)
gdzie d w − oznacza grubość warstwy studni, natomiast d b − grubość warstwy
bariery. MoŜliwe jest takŜe wytwarzanie bardziej skomplikowanych struktur przez
powielanie układu więcej niŜ dwóch warstw – mówi się wówczas o supersieciach
z bazą.
Wymiary geometryczne studni, tj. jej technologiczne wytworzone
głębokości studni potencjalnych oraz szerokości warstw, określają dozwolone
wartości energii nośników w niej uwięzionych. Dzięki sterowaniu tymi
parametrami (w przypadku technologii półprzewodnikowych) mamy moŜliwość
kontroli nie tylko grubości materiału tworzącego studnie, lecz równieŜ składu
materiału tworzącego bariery. Proces ten stanowi podstawę inŜynierii
11