Т. В. Свистова основы микроэлектроники учебное пособие

6. ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ В СОВРЕМЕННОЙ 
МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ 
 
В последние годы обострилась необходимость создания 
полупроводниковых приборов, способных работать на часто-
тах миллиметрового диапазона. К областям их применения от-
носятся широкополосная радиосвязь, скоростные системы пе-
редачи данных, системы предупреждения столкновений авто-
мобилей, системы наблюдения в сложных метеорологических 
условиях, системы контроля окружающей среды и атмосферы, 
измерительная техника, а также элементная база ЭВМ новых 
поколений.
Успехи кремниевой технологии привели к созданию 
приборов, способных работать на частотах до 40 ГГц, однако 
уже сейчас ощущается необходимость расширения частотного 
диапазона до 1000 ГГц. Наиболее перспективными приборами 
для таких применений являются гетеропереходные биполяр-
ные и полевые транзисторы на полупроводниковых соедине-
ниях А
3
В
5
. Последние обладают наилучшими шумовыми ха-
рактеристиками в диапазоне СВЧ. Полевые транзисторы по-
тенциально имеют более высокую радиационную стойкость, 
т.к. их действие основано на использовании только основных 
носителей заряда. 
6.1. Основные свойства гетероперехода 
 
Впервые гетеропереход был получен между твердым 
раствором (Al
x
Ga
1-x
)As при х = 0,8 и GaAs. Это было сделано в 
группе, возглавляемой Ж.И. Алферовым в 1964 - 65 г.г. В 2000 
г. за эту работу Ж.И. Алферову совместно с американским фи-
зиком теоретиком Г. Кремером была присвоена Нобелевская 
премия.
Первым достижением в области практического использо-
вания полупроводниковых гетероструктур было создание ин-
жекционных полупроводниковых лазеров, работающих при 
комнатной температуре. Компактные полупроводниковые ла-

---

128
зеры и светоизлучающие диоды стали одним из самых массо-
вых полупроводниковых приборов. Применение полупровод-
никовых гетероструктур позволило значительно улучшить па-
раметры и характеристики основного элемента современной 
микроэлектроники - транзистора. Гетеропереходной биполяр-
ный транзистор был предложен практически одновременно с 
гетероструктурным лазером.
Рассмотрим гетеропереход между двумя полупроводни-
ками с близкой кристаллической структурой, но разной шири-
ной запрещенной зоны. Такому условию удовлетворяет пере-
ход между AlAs и GaAs, параметры которых представлены в 
таблице. 
AlAs не устойчив по отношению к воде, и при их взаи-
модействии происходит химическая реакция:
AlAs + 3H
2
O → AsH
3
+ Al(OH)
3
. 
Параметры основных полупроводниковых материалов 
Поэтому для формирования гетеропереходов используют 
твердый раствор (Al
x
Ga
1-x
)As при х ≤ 0,8. Ширина запрещен-
ной зоны тройного соединения (Al
x
Ga
1-x
)As линейно увеличи-
вается при введении алюминия с ростом х. Типичное значение 
составляет х = 0,3, при этом E
g
= 1,8 эВ.
Особенностью зонной диаграммы гетероперехода явля-
ется наличие скачков Е
c
и Еv на границе гетероперехода.

---

129
Именно наличие скачков обеспечивает две принципиаль-
ные особенности гетероперехода:
- сверхинжекцию;
- образование двумерного электронного газа.