Сверхрешетка

Сверхрешетка (англ. Superlattice) – периодическая структура, состоящая из тонких чередующихся в одном направлении слоев полупроводников. Период сверхрешетки намного превышает постоянную кристаллической решетки, но меньше длины свободного пробега электронов. Такая структура обладает, помимо периодического потенциала кристаллической решетки, дополнительным потенциалом, обусловленным чередующимися слоями полупроводников, который называют потенциалом сверхрешетки. Наличие потенциала сверхрешетки существенно меняет зонную энергетическую структуру исходных полупроводников. Полупроводниковые сверхрешетки обладают особыми физическими свойствами, главные из которых следующие: существенное изменение в сравнении с исходными полупроводниками энергетического спектра; наличие большого количества энергетических зон; очень сильная анизотропия (двумерность); подавление электронно-дырочной рекомбинации; концентрация электронов и дырок в сверхрешетке является перестраиваемой величиной, а не определяется легированием; широкие возможности перестройки зонной структуры. Все эти особенности полупроводниковых сверхрешеток позволяют считать эти искусственные структуры новым типом полупроводников. По способу создания периодического потенциала сверхрешетки делятся на несколько типов. Наиболее распространенными являются композиционные и легированные сверхрешетки. Композиционные сверхрешетки представляют собой эпитаксиально выращенные чередующиеся слои различных по составу полупроводников с близкими постоянными решетки. В легированных сверхрешетках периодический потенциал образован чередованием слоев n и p-типов одного и того же полупроводника. Эти слои могут быть отделены друг от друга нелегированными слоями. Такие полупроводниковые сверхрешетки называют часто nipi-кристаллами. Для создания легированных сверхрешеток чаще всего используют GaAs. Кроме композиционных и легированных сверхрешеток возможны и другие типы этих материалов, различающиеся способом создания модулирующего потенциала. В спиновых сверхрешетках легирование исходного полупроводникового материала осуществляется магнитными примесями. Периодический потенциал в таких сверхрешетках возникает при наложении внешнего магнитного поля. Потенциал сверхрешетки может создаваться также периодической деформацией образца в поле мощной ультразвуковой волны или стоячей световой волны. Сверхрешетки применяют в различных полупроводниковых приборах. Наиболее ярким примером является использование сверхрешеток в каскадных полупроводниковых лазерах.

Тезаурус

Сверхрешетка (Superlattice)

Тематический раздел (поле):  Функциональные наноматериалы; Наноэлектроника; Композиционные наноматериалы; Конструкционные наноматериалы; Наноэнергетика; Наноинженерия

Функциональный разряд:  объект

Аскрипторы:  Полупроводниковая сверхрешетка, nipi-кристалл, спиновая сверхрешетка, композиционная сверхрешетка, легированная сверхрешетка

Отношения иерархические (род-вид):  Сверхрешетка → Наноструктурированные материалы→ Объекты, относящиеся к сфере нанотехнологий, их свойства

Отношения ассоциативные:  Сверхрешетка ~ Полупроводниковый слой, Потенциал, Полупроводниковый прибор, Каскадный полупроводниковый лазер, n-p- переход, Нанокристалл, Наноматериал

Литература по теме:

1. Ivan K. Schuller, "A New Class of Layered Materials", Phys. Rev. Lett. 44, 1597 (1980)
2. Morten Jagd Christensen, "Epitaxy, Thin Films and Superlattices", Risø National Laboratory, (1997)
3. Басов Н. Г., Дианов Е. М., Козловский В. И., Крыса А. Б., Насибов А. С., Попов Ю. М., Прохоров A. М., Трубенко П. А., Лазерная электронно-лучевая трубка на основе сверхрешетки ZnCdSe/ZnSe, работающая при Т=300 К, Квант. Электроника, 1995 (22), 8, 756-758