Двумерный электронный газ

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Двумерный электронный газ в MOSFET формируется при приложении напряжения на затвор.
Зонная диаграмма простого HEMT.

Двумерный электронный газ (ДЭГ) — электронный газ, в котором частицы могут двигаться свободно только в двух направлениях, а в третьем они помещены в энергетическую потенциальную яму. Ограничивающий движение электронов потенциал может быть создан электрическим полем, например, с помощью затвора в полевом транзисторе или встроенным электрическим полем в области гетероперехода между различными полупроводниками. Если число заполненных энергетических подзон в ДЭГ превышает одну, то говорят о квазидвумерном электронном газе.

По аналогии с ДЭГ можно говорить и о двумерном дырочном газе.

Характеристики[править | править вики-текст]

Плотность состояний ДЭГ не зависит от энергии и равняется

где и  — спиновое и долинное вырождение соответственно. Для арсенида галлия GaAs, который является однодолинным полупроводником, вырождение остаётся только по спину и плотность состояний запишется в виде

Важнейшая характеристика ДЭГ — подвижность электронов. Для увеличения подвижности в гетероструктуре с ДЭГ используют нелегированную прослойку материала, называемую спейсером, чтобы разнести пространственно ионизованные примеси и ДЭГ. Именно эта характеристика является определяющей при изучении дробного квантового эффекта Холла. На сегодня в GaAs структурах достигнуты значения подвижности 35 000 000 см2/Вс[1]. Дробный квантовый эффект Холла наблюдался впервые на образце с подвижностью 90 000 см2/Вс[2].

Максимальная плотность состояний[править | править вики-текст]

Поскольку в большинстве первоисточников плотность состояний используется чисто формально, имеет смысл сделать практическую оценку для двухмерной системы. Пренебрегая эффектами вырождения, оценим максимальную плотность состояний 2D-системы:

Это выражение можно переписать используя понятия боровского радиуса ()и боровского масштаба энергий ():

где комптоновская длина волны электрона, постоянная тонкой структуры, а — скорость света. Подставляя эти значения в формулу (3), находим максимальную плотность состояний:

где — боровский квант плоскости, а — боровская плотность состояний. Таким образом, максимальная плотность состояний двумерного электронного газа совпадает с боровским масштабом.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]