Yarı iletkenler, neredeyse her modern elektronik cihazın arka kemiği oluşturur, bir elektrik alanı yarı iletkene uygulanırsa, doğrudan elektriksel devreleri kontrol etme yeteneği, elektrik özelliklerini kontrol etme yeteneği, elektronların nasıl hareket ettiğini dikte eden enerji seviyelerinin düzenlenmesidir.Bu etkileşim sadece akademik bir meraktır; alan-sonuçlu bir transistöre (ETFx2019) ve gelişmiş bir optik bant yapısını doğrudan değiştirir.
Yarı iletken Bant Yapılarının Temelleri
Bir elektrik alanının etkisini anlamak için, bir yarı iletken ve #x2019 konseptini ilk önce kavraymalıdır; düşük sıcaklıklarda elektronlar ile dolu ve ayrık enerji seviyeleri atomlar sürekli olarak atomlar halinde genişletilir[Dönemli gruplar).
Valence ve Davranış Bands
Eşdeğer bandında elektronlar atomlara sıkıca bağlı ve normal koşullar altında elektrik iletime katkıda bulunmuyor. Aksine, iletken (gösterme bandında elektronlar kristal boyunca hareket etmek için ücretsizdir, elektrik akımının akışa izin verir. Grup boşlukları bir malzemenin atomik olarak davrandığını belirler (1.12 eV) ve galyum arsenide (1.42 eV) dışsal boşluklar, iletkenlik, metaller veya yarı iletkenlik (ortalama boşluklar) gibi kontrol altına alınmasına izin verir.
Band Gap ve onun Significance
Grup boşluğunun büyüklüğü, emilir veya yayılabilir ışık ışığının büyüklüğü ve cihazı en yüksek gerilime dayanabilecek birçok cihaz özelliğidir. İdeal olarak, undisturbed kristal, grup kenarları düz ve üniformalıdır. ancak herhangi bir perturbasyon — Bu nedenle, yük taşıyıcıları, mekanik bir elektrik alanı veya dışsal bir elektrik alanı ve #x2014; bu gruplarda malzemeyi değiştirebilir ve değiştirebilir.
Elektrik Alan Etkileşimi Fiziksel Mekanizmaları
Dış bir elektrik alanı yarı iletkene uygulanırken, şarj partikülleri ve #x2014 üzerinde bir güç kullanır; her iki elektron ve delikler. Bu güç enerji gruplarına, enerji seviyelerinin değiştirilmesine ve yeniden dağıtım taşıyıcılarına yol açabilir. 3 birincil etkiler öne çıkar:)
Arabulucun
Dış bir elektrik alanının en acil sonuçlarından biri, yarı iletken veya iki farklı malzeme arasında bir arayüzde, uygulanan alan, elektrostatik potansiyel yerel olarak değişir. Bu potansiyel varyasyon, bir eğim veya eğrilik oluşturur. Örneğin, bir metal-semiktör (MOS) yapısında, pozitif bir kapı gerilimi, iletken yüzeye doğru çekilir, iletim bandının kanallarını kontrol etmesine neden olur.
Band bükme ayrıca Schottky diyots ve heterojunctions'te kritik bir rol oynar.Dörtücük iletişim genişleyen veya dış alana yanıt veren, bariyer yüksekliği ve mevcut gerilim özelliklerini değiştirmek için kullanılabilir.
Stark Etkisi
[FONT:0]Stark etkisi [[Dönetici:0] [Dönetici:0]Stark etkisi [Dönetici: 0,3], dış elektrik alanında enerji seviyelerinin değiştirilmesi ve bölünmesini ifade eder.In yarı iletkenler, örneğin, etkili bir grup boşluğunda uygulanan elektrik alanı olarak ortaya koyar.
QCSE, elektro-abpsiyon modülatörleri ve optik anahtarlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir gerilim uygulamakla, kuantum iyi geçişlerin daha uzun dalgalara kadar çekilmesine izin verir, cihazın yüksek hızlarda ışık yoğunluğunu modül etmesine izin verir. Etkisin gücü, sınırlı geometriye ve materyal kompozisyona bağlıdır, fotoğraf makinesine entegre devreler için çok yönlü bir araç yapar.
Carrier Re deployion ve Drift
Dış bir elektrik alanı, mobil şarj taşıyıcıları üzerinde bir sürüklenme kuvveti uygular. Elektrons, alana karşı yönde hareket ederken, alandaki boşluklar ters yönde hareket eder.Bu sürüklenme bölgesinde taşıyıcı yapı içinde yeniden dağıtıma neden olur. Basit bir yarı iletken plakada, bir üniforma alanı, taşıyıcı konsantrasyonda lineer bir gradient üretir.
Taşıyıcı yeniden dağıtım sürekli devlet koşulları ile sınırlı değildir. Transient fenomenler, örneğin, inşa edilen ve dinamik işletim rejimleri için, bu ayrımı artırmak, verimliliği artırmak, aynı zamanda daha karanlık taşıyıcılar için, bir güneş hücresinde, örneğin, inşa edilmiş alan (kesinlikle ve dinamik işletim rejimlerinden kaynaklanan) ayrı fotoğraf taşıyıcıları anlamak için önemlidir.
Nanoyapılarda Gelişmiş Etkileri
Yarı iletken cihazlar nano ölçekliye küçüldüğü gibi, yeni etkiler elektrik alanlara cevabı basitleştirir veya değiştirir. Bu etkiler sadece bilimsel olarak ilginç değil, aynı zamanda yeni aygıt işlevleri de sağlar.
Kuantum Güvenmiş Stark Etkisi
Daha önce, kuantum-konfined Stark etkisi, optoelektroniklerdeki önemi nedeniyle daha derin bir tartışmayı hak ediyor. kuantumda, optik geçişlerin elektron ve deliği sınırlı kalıyor. Uygulanan bir elektrik alanı, bir tarafa doğru geçiş yapmak için elektron dalgasının işlevinin zorlanmasına neden oluyor; bunun yerine, kutuplu geçişlerin sabitliğini azaltırlar.
QCSE'ye dayanan Kuantum iyi modülatörler 40 Gbit /s'i aşan hızlarda çalışabilir, onları fiber optik iletişim için ideal hale getirirler. Ayrıca, etki iyi genişlik ve bariyer yüksekliği seçerek mühendisi olabilir. Narrower iyi bir şekilde belirli bir alan için daha güçlü bir şekilde değiştirir, ancak bu tür bir miktar kuantum kuyularını sık sık sık sık sık sık sık sık bu ticaret-offları dengelemek için çok iyi kullanır.
Modulation Doping
Elektrikli alanların şarj edilmesi gereken başka bir gelişmiş teknik, iki boyutlu elektron gazı (2DEG) bir heterointerface'de oluşturulur. Yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan bir bağışçı (HEMT), geniş bantlı bir malzeme (örneğin, AlGaAs) donmuş bir kanaldan ayrılırken, taşıyıcılar fiziksel olarak sabitlenmiş bir şekilde kapatılabilir.
Modulation doping, elektrik alanlarının transistörler ve kuantum cihazlar için yüksek performanslı kanallar oluşturmak için nasıl kullanılabileceğini gösteriyor. Konsept, silikon/ ⁇ -germanium ve grafikene/hexagonal boron nitride dahil olmak üzere diğer malzeme sistemlerine genişletildi.
Elektronik cihazlar için Implikasyonlar
Elektrikli alanlarda grup yapıları kontrol etme yeteneği yarı iletkenleri çok yönlü yapan şeydir. Neredeyse her aktif elektronik cihaz yukarıda açıklanan etkilerin bir veya daha fazlasına dayanır. Aşağıda, alan kaynaklı grubun modifikasyonlarının temel olduğu önemli cihazlar kategorileridir.
Alan-Effect Transistors (FETs)
Alan-son transistör, silikon-oksit arayüzde en ubiquitous yarı iletken cihazdır. Kaynak ve drenaj arasındaki bir elektrik alanı doğrudan kanal boşluğu ile ilişkili olan kanal gerilimi azaltır.Bu alan, yüksek-k diyalleri ölçeklendirmek ve yüksek-köpürücük devreleri kullanarak, yüksek enerjili elektrik alanlarını kullanarak, kanallarını daha düşük enerji ile daha hızlı bir şekilde taşıyabilir.
Geleneksel silikon CMOS'un ötesinde, FinFET ve kapı-tüm-bölgedeki (GAA) transistörlerin kısa kanal etkilerini bastırmak için üç boyutlu elektrik alanı kontrolüne güveniyor. Bu cihazlarda, elektrik alanı birden fazla kapıdan kısıtlıyor ve elektrostatiksel bütünlüğü geliştiriyor.
Güneş Hücreleri ve Fotodetectors
Fotovoltaik hücrelerde, iç elektrik alanı (örneğin, p-n veya p-i-n bir kavim) ayrı fotoğraflanmış elektron delik çiftleri, onları tam tersine kadar yönlendiren bu sürecin verimliliği, konvüler veya organik tabakadaki alanın büyüklüğüne ve dağılımına bağlıdır. Dış önyargı, uzun vadeli stabiliteyi optimize etmek ve tünelleme veya etkisi azaltmak için kullanılabilir.
Fotodetectors, özellikle avalanche fotodiodes (APD), elektrik alanlarının taşıyıcıları etki iyonizasyon yoluyla çoğaltmak için kullanılması için kullanılması gerekir. Güçlü bir ters önyargıya başvurmak için, alan ikincil elektron delik çiftlerini oluşturabilecekleri enerjilere hız kazandırabilecek kadar yüksek olur. Alanın uzaysal profili, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan prematüre karşı dikkatli bir şekilde mühendisi olmalıdır.
Sensörler ve Modulators
Elektrikli alan kaynaklı grup değişiklikleri de kimyasal ve biyolojik sensörlerde kullanılmaktadır. Örneğin, hidrojen iyonları (ISFETs), Stark etkisine veya Franz-Keldysh etkisine bağlı olarak pH'yı tespit ederek (girişsel iletişimin) elektrolitlipli bir şekilde çalıştırılır.
Gelişen uygulamalar, nöromorphic hesaplamaları içerir, memristive cihazların davranışları elektrik alanları tarafından ayarlanır ve kuantum hesaplamaları, kapılı kuantum noktalarının kodlanmış qubitler.İkinci olarak, alan kontrolün hassaslığı kuantum operasyonlarının sadakatini belirler.
Ölçme ve Karakterizasyon Teknikleri
Dış elektrik alanlarının grup yapıları nasıl değiştiğini incelemek için, araştırmacılar çeşitli deneysel yöntemler kullanırlar.ETHFLT:0)Kaptans-ışın (C-V) profili ve ) arayüzlerde bant bükme için standart bir tekniktir.[Efste)[Dönetici ve elektro aydınlatma (EL)[Dönetici)[Dönetici)[Düzücü veya MOS yapısına bağlı olarak, bir tane devrinme profili ve düz-grup gerilimini geri döndürebilir.
[FONTFM:0)Kelvin Prodüksiyon mikroscopy (KPFM)) yüzey potansiyelinin uzaysal olarak çözülmesini sağlar, nanoyapılı yüzeylerde bant bükmesini sağlar.]))))) Pompa-probeksiyon[Döneticileri (örneğin, XPS/UPS) gibi çözümlerin elektronik yapısını uygulama alanları altında gerçekleştirirken, bu tür hassas önyargılar için doğrulayıcı ve optik teknikler için geçerli olan bu cihazlar için geçerli olan araçları ve bant değişikliklerini gerçekleştirir.
Future Yol ve Challenges
Cihaz boyutları, atom ölçeğindeki elektrik alanını anlamak ve kontrol etmeye devam ettikçe, büyük bir meydan okuma, azalan elektrostatik taramalarından dolayı dikey elektrik alanlarının ve kuantum sınırlılığının artan rolüdür. Bu hassas bantlar, makul olmayan elektronik ve fotonikler gibi iki boyutlu malzemeler için de hassas dielektrik mühendisliğinden kaçınmak gerekir.
Başka bir sınır, kapı yığınlarında ferroelektrik materyallerin kullanımıdır.Bir ferroelektrik tabakasının inşa edilmesi, geçişli bir elektrik alanı olarak hareket edebilir ve bant bükme ve izin vermeme ihtiyacı olan gerilimi azaltır. Ancak, ferroelektrik kutuplaşma ve yarı iletkenlik bandı arasındaki Interplay karmaşıktır ve performansı azaltabilecek depolama alanlarına yol açabilir.
kuantum teknolojileri alanında, elektrik alanları, silikon veya galium arsenide kuantum noktalarında spinleri kontrol etmek için kullanılır.Bu tür qubitlerin milisaniyelere karşı nasıl dalgalandığının mikroskobik bir anlayış gerektirir.
Son olarak, disparate malzemelerinin entegrasyonu (örneğin, III-V bileşik yarı iletkenler silikon üzerinde) bu sorunları dengelemek ve inşa etmek için yardımcı olur, ancak ideal grup kontrolü için arayışı devam eder.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
[FONT=0]Dönekli Stark etkisi ve modülasyonu gibi gelişmiş fenomenlerin temel proseslerinden, modern elektronik ve fotonikleri tanımlayan işlevsel algılayıcıların yeniden şekillenmesine olanak sağlar.[Döneticileri ve fotonikleri tanımlayan yüksek çözünürlükler için).
[0] Daha fazla okuma için Dış referanslar: ).
- [FONT=0)Electronic bandı yapısı[[Dönetici: 1 ) ve #x2014; temel kavramlar.
- [FONT:0]Stark etkisi [[Döntilmiş: 1) ve #x2014; atomlarda ve sağlamlarda seviye değişimi ayrıntılı tartışma.
- [FONT=0]Field- effects transistör[Dönetici:0)[Dönetici: 0/01/2014; prensipler, tarih ve modern uygulamalar.
- [FONT:0]Quantum-konfined Stark etkisi) & #x2014; nanoyapılar için derin tedavi.
- [FONT:0)Solar hücresi[[Döntilmiş: 1) ve #x2014; iç elektrik alanları taşıyıcı ayrılıklarını nasıl kullanıyor.