ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ НЕТРАДИЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ

ПРИМЕНЕНИЕ ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ В СВЕРХРЕШЕТКАХ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ МАТЕРИАЛА

Развитие технологии и физики гетеропереходов позволило создать твердотельные устройства, обладающие принципиально новыми свойствами. В основе этих устройств лежат структуры с периодически изменяющейся шириной запрещенной зоны. Поэтому эти структуры часто называют сверхрешетками. Применение сверхрешеток особенно перспективно в солнечных элементах, поскольку, варьируя параметры сверхрешетки возможно в широких пределах управлять свойствами активного слоя, в котором под действием солнечного излучения осуществляется генерация носителей заряда. Поскольку толщина отдельных слоев в сверхрешетках не превышает нескольких нанометров, их так же называют наноструктурами. Искусственно созданная периодичность позволяет в твердотельных устройствах создавать принципиально новые оптические и электрические эффекты, обусловленные тем, что в образуемых слоями ямах происходит, задаваемое их размерами квантование электронных уровней. На правом рисунке приведены два примера сверхрешеток, которые создаются в структурах с гетеропереходами. Так, например, структура, показанная на верхнем из них создаётся путем чередования слоев GaAs (A) и AlGaAs (B). Для создания нижней структуры могут быть использованы слои GaAs (A) и AlAs (B).
Решение уравнения Шредингера для приведенных периодических структур, приводит к появлению энергетических зон, подобно тому, как это имеет место для кристаллических структур. Действительно решение уравнения Шредингера для одномерной структуры приводит к появлению энергетических зон, расположенных при значительно меньших энергиях, нежели в кристаллах и обладающих одноосной симметрией. Причем, изменяя высоту и ширину ямы, возможно управлять энергетическим положением зон.
   В структурах, показанных на верхнем правом рисунке, квантовое ограничение электронов и дырок происходит в одном слое (A), в то время как для нижнего рисунка в разных (А и B). Поэтому, если в первом случае возникшую электронную конфигурацию можно рассматривать как аналог зоны с пространственно прямыми переходами, во втором случае с непрямыми переходами. Соответствующие уровни на приведенных рисунках обозначены пунктирными линиями.
   На нижнем рисунке, в качестве примера, приведена энергетическая структура (вверху) и рассчитанный для неё энергетический спектр зон (внизу). Сплошными линиями на этом рисунке показано положение уровней, рассчитанных для одиночной ямы.

В настоящее время квантово-размерные структуры на основе гетеропереходов находят все большее применение в создании быстродействующих электронных и оптоэлектронных приборов, и солнечных элементов. Пример применения сврехрешетки в СЭ будет рассмотрен в одной из заключительных лекций, посвященной преобразователям нового поколения

 

 Работа над темой