Т. В. Свистова основы микроэлектроники учебное пособие

6.1.2. Понятие о двухмерном электронном газе 
Согласно энергетической диаграмме гетероперехода 
(рис. 6.2), в арсениде галлия у границы перехода в зоне прово-
димости образуется область минимума энергии электронов, в 
которой происходит их накопление.
Электроны переходят из области 4, расположенной в 
(Al
x
Ga
1-x
As), который выступает в качестве поставщика носи-

---

131
телей заряда. В результате в этой области образуется обеднен-
ный слой, имеющий избыточный положительный заряд не-
скомпенсированных доноров.
Рис. 6.2. Энергетическая диаграмма гетероперехода на основе 
арсенида галлия: 1 - GaAs, 2 - Al
x
Ga1-xAs, 3 - потенциальная 
яма для электронов, 4 - потенциальный барьер со стороны
легированного полупроводника, 5 - граница перехода 
Электроны, накопленные в области 3, находятся в потен-
циальной яме и в слабых электрических полях могут переме-
щаться только параллельно границе перехода. Поэтому сово-
купность электронов в области 3 называют двумерным элек-
тронным газом (ДЭГ), поскольку в слабых полях они не мо-
гут перейти в область 4 из-за наличия потенциального барьера. 
Двумерный электронный газ обеспечивает возможность 
получения слоя с повышенной концентрацией носителей без 
увеличения концентрации доноров. Действительно, электроны, 
находящиеся в области минимума, образовались в соседней 
высоколегированной области (Al
x
Ga1-xAs), где концентрация 
примеси достаточно велика. В то же время область 4 располо-
жена в собственном арсениде галлия, в котором преобладает 
рассеяние на фононах. Пространственное разделение ионов 
доноров и свободных электронов дает возможность получать 
высокие концентрации носителей одновременно с высокими 

---

132
значениями подвижности. При толщине менее 100 ангстрем 
слой двумерного газа имеет концентрацию электронов порядка 
10
12
см
-2
, что приблизительно соответствует объемной концен-
трации в 10
19
см
-3
. В результате в слое двумерного электронно-
го газа можно получить подвижность электронов в 6500 
см
2
/(В·с), тогда как в сильно легированном GaAs она составля-
ет 1500 см
2
/(В·с). Другими словами, практически без потери 
подвижности таким способом удается на 2 - 3 порядка и более 
поднять концентрацию носителей, а также предельное значе-
ние скорости дрейфа.