Двумерный электронный газ | это... Что такое Двумерный электронный газ? (original) (raw)
Двумерный электронный газ в MOSFET формуруется при приложении напряжения на затвор.
Зонная диаграмма простого HEMT.
Двумерный электронный газ или ДЭГ представляет собой 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. По аналогии с ДЭГ можно говорить и о двумерном дырочном газе.
Если число заполненных энергетических подзон в ДЭГ превышает одну, то говорят о квазидвумерном электронном газе.
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 10 000 000 см2/Вс[1]. Дробный квантовый эффект Холла наблюдался впервые на образце с подвижностью 90 000 см2/Вс[2].
Максимальная плотность состояний
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 2D- электронного газа совпадает с боровским масштабом.