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超晶格 圖片來自百度

層狀精細複合材料

1970年美國IBM實驗室的江崎和朱兆祥提出了超晶格的概念．他們設想如果用兩種晶格匹配很好的材料交替地生長周期性結構，每層材料的厚度在100nm以下，如右圖所示，則電子沿生長方向的運動將會產生振盪，可用於製造微波器件．他們的這個設想兩年以後在一種分子束外延設備上得以實現。

• 中文名:超晶格

• 外文名:superlattice

• 提出時間:1970年

• 提出地點:美國IBM實驗室

• 提出者:江崎和朱兆祥

定義

可見，超晶格材料是兩種不同組元以幾個納米到幾十個納米的薄層交替生長並保持嚴格周期性的多層膜，事實上就是特定形式的層狀精細複合材料。

分類

超晶格材料按形成它的異質結類型分為第一類、第二類和第三類超晶格。

第一類超晶格的導帶和價帶由同一層的半導體材料形成。

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第二類超晶格的導帶和價帶在不同層中形成，因此電子和空穴被束縛在不同半導體材料層中。

第三類超晶格涉及半金屬材料。儘管導帶底和價帶頂在相同的半導體層中產生，與第一類超晶格相似，但其帶隙可從半導體到零帶隙到半金屬負帶隙之間連續調整。

超晶格又分以下幾種

1.組分超晶格：在超晶格結構中，如果超晶格的重複單元是由不同半導體材料的薄膜堆垛而成的 叫做組分超晶格

2.摻雜超晶格：在同一種半導體中，用交替地改變摻雜類型的方法做成的新型人造周期性半導體結構的材料

摻雜超晶格的優點：任何一種半導體材料只要很好控制摻雜類型都可以做成超晶格；多層結構的完整性非常好，由於摻雜量一般比較小，雜質引起的晶格畸變也較小，摻雜超晶格中沒有像組分超晶格那樣明顯的異質界面；摻雜超晶格的有效能量隙可以具有從零到位調製的基體材料能量隙之間的任何值，取決於各分層厚度和摻雜濃度的選擇。

3.多維超晶格

4.應變超晶格

半導體特性

如果超晶格是由兩種具有不同帶隙的半導體材料構成，每個量子阱都會形成新的選擇定則影響電荷在此結構中的運動。這兩種半導體材料是交替的以一定的周期沿着特定的生長方向來沉積的。自從1970年江崎和朱兆祥提出這種合成超晶格的方法以來，這種超細半導體的物理機制的研究已經取得了大量的成果。在量子限域（quantum confinement）概念提出以後，人們已經從孤立的量子阱異質結中觀察到了量子效應，這些都通過遂穿現象和超晶格緊密的聯繫在了一起。所以這兩種物理概念都是在同樣的物理基礎上進行討論的，但是在電子學和光學設備上有着不同的應用。

超晶格背景知識

1、量子阱

量子阱是指由2種不同的半導體材料相間排列形成的、具有明顯量子限制效應的電子或空穴的勢阱。量子阱的最基本特徵是，由於量子阱寬度(只有當阱寬尺度足夠小時才能形成量子阱)的限制，導致載流子波函數在一維方向上的局域化。

2、多量子阱

在由2種不同半導體材料薄層交替生長形成的多層結構中，如果勢壘層足夠厚，以致相鄰勢阱之間載流子波函數之間耦合很小，則多層結構將形成許多分離的量子阱，稱為多量子阱。

3、超晶格（耦合的多量子阱）

如果勢壘層很薄，相鄰阱之間的耦合很強，原來在各量子阱中分立的能級將擴展成能帶(微帶)，能帶的寬度和位置與勢阱的深度、寬度及勢壘的厚度有關，這樣的多層結構稱為超晶格。具有超晶格特點的結構有時稱為耦合的多量子阱。

應用

超晶格材料用於製作高性能紅外焦平面成像陣列。

視頻

半導體超晶格

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