Uudet puolijohderakenteet

Abstract

Kiteiden ja ohuiden kalvojen kasvatusmenetelmien kehitys on avannut todellisia mahdollisuuksia uusien puolijohderakenteiden täysimittaiseen hyödyntämiseen. Heteroliitokset ja niistä muodostuvat rakenteet antavat huomattavasti laajemmat mahdollisuudet erilaisiin komponenttisovellutuksiin kuin konventionaaliset homoliitokset. Uutta näissä rakenteissa on idea varauksen kuljettajien vangitsemisesta potentiaalivalleilla tiettyihin puolijohdekiteen osiin. Näistä potentiaalikaivoista voidaan rakentaa monikaivorakenteita ja superhiloja. Keskityn tässä työssä näiden rakenteiden teoreettiseen tarkasteluun (lähinnä elektroniteorian kannalta) ja sallittujen energiatilojen laskemiseen. Esitän myös heteroliitoksien ja superhilojen luokittelun ja muita niihin liittyviä käsitteitä. Lähtien k.p-menetelmästä ja efektiivisen massan approksimaatiosta tarkastelen niitä muutoksia ja yleistyksiä, jotka on tehtävä, jotta menetelmää voitaisi soveltaa heterorakenteisiin. Tämän kehittelyn tuloksena on verhofunktiomenetelmä, joka on toistaiseksi joustavin ja yleisin olemassa olevista teoreettisista malleista. Komponenttisovellutusten kannalta merkittävä heteroliitosta kuvaava parametri on energiavöiden epäjatkuvuus. Sen laskemiseksi on kehitetty useita malleja, joista otan esille muutaman tärkeimmän, mo. yleisesti tarkimpana pidetyn Harrisonin mallin. Rakenteita on mahdollista kuvata myös yksinkertaisilla kvanttimekaanisilla malleilla. Monikaivorakenteen mallilla lasketut tulokset osoittivat sen käyttäytyvän fysikaalisesti oikein. Malli on käyttökelpoinen kun pyritään trendien selvittämiseen tai jos kvalitatiivinen tulos on muusta syystä riittävä. /Kir09