Heteroübergang

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Bandenergien zweier Materialien unterschiedlicher Dotierung mit unterschiedlichem Bandabstand zwischen Valenzbandenergie Ev und Leitungsbandenergie Ec, ohne Kontakt.
Heteroübergang dieser Materialien mit Kontakt. Diffusionsspannung $ \psi_D $ (siehe p-n-Übergang). Der Energieunterschied zum Vakuumenergieniveau entspricht der Ionisationsenergie.

Als Heteroübergang (auch Heterostruktur, engl. Heterojunction) wird die Grenzschicht zweier unterschiedlicher Halbleitermaterialien bezeichnet. Anders als bei einem p-n-Übergang ist hier nicht (nur) die Dotierungsart, sondern die Materialart verschieden. Die Halbleiter besitzen deshalb i. A. eine unterschiedliche Energie der Bandlücke.

Heteroübergänge finden sich bei III-V-Halbleitern oder bei II-VI-Halbleitern.

Berechnung

Bei einem p-n-Heteroübergang stellt sich eine Unregelmäßigkeit in den Energiebändern der Materialien ein. Die Ausdehnung $ X $ dieser Unregelmäßigkeit, eine Verbiegung der Bandkanten, lässt sich über die Poissongleichung berechnen. Nimmt man den Übergang vom negativ dotierten Material 1 zum positiv dotierten Material 2 mit den relativen Dielektrizitätskonstanten $ \varepsilon $ und Dotierungskonzentrationen $ N_\mathrm{D} $ bzw. $ N_\mathrm{A} $ an, stellt sich mit der Diffusionsspannung $ \psi_\mathrm{D} $ bei angelegtem äußeren elektrischen Feld der Spannung $ U $ eine Bandverbiegung der folgenden Größe ein:

$ X_1 = \sqrt{\frac{2}{q}\frac{\varepsilon_1\varepsilon_2\cdot N_\mathrm{A}(\psi_\mathrm{D} - U)}{N_\mathrm{D}(\varepsilon_2 N_\mathrm{D}+\varepsilon_1 N_A)}} $, $ X_2 = \sqrt{\frac{2}{q}\frac{\varepsilon_1\varepsilon_2\cdot N_\mathrm{D}(\psi_\mathrm{D} - U)}{N_\mathrm{A}(\varepsilon_2 N_\mathrm{D}+\varepsilon_1 N_\mathrm{A})}} $

Anwendung

Anwendung finden Heteroübergänge u.a. in Laserdioden: Wird bei optischer Rekombination Strahlung in Bereich mit der kleineren Bandlücke ausgesandt, kann diese nicht von Elektronen im Bereich der größeren Bandlücke absorbiert werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Strahlung das Halbleitermaterial verlässt ist also größer.

Siehe auch

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