Was ist ein Heteroübergang?
Ein Heteroübergang wird erzeugt, wenn zwei verschiedene Schichten kristalliner Halbleiter zusammen mit alternierenden oder ungleichen Bandlücken angeordnet oder zusammengeschichtet werden. Meistens werden Heteroübergänge in elektrischen Festkörpervorrichtungen verwendet, die auch zwischen zwei Halbleitern mit unterschiedlichen Eigenschaften gebildet werden können, z. B. einem kristallinen und einem metallischen. Wenn die Funktion eines elektrischen Geräts oder einer Geräteanwendung von mehr als einem Heteroübergang abhängt, werden sie zu einer sogenannten Heterostruktur zusammengefügt. Diese Heterostrukturen werden verwendet, um die Energie zu erhöhen, die von verschiedenen elektrischen Geräten wie Solarzellen und Lasern erzeugt wird.
Es gibt drei verschiedene Arten von Heteroübergängen. Wenn diese Schnittstellen zwischen Halbleitern erzeugt werden, können sie eine sogenannte Überbrückungslücke, eine gestaffelte Lücke oder eine unterbrochene Lücke bilden. Diese unterschiedlichen Arten von Heteroübergängen hängen von der Energielücke ab, die durch die spezifischen Halbleitermaterialien entsteht.
Die Menge an Energie, die ein Material produzieren kann, ist direkt relevant für die Größe der durch den Heteroübergang erzeugten Energielücke. Die Art der Energielücke ist ebenfalls wichtig. Diese Energielücke setzt sich aus der Differenz zusammen, die zwischen dem Valenzband, das von einem Halbleiter erzeugt wird, und dem Leitungsband, das von dem anderen erzeugt wird.
Heteroübergänge sind Standard in jedem Laser, der hergestellt wird, seit die Wissenschaft der Heteroübergänge branchenweit zum Standard wurde. Der Heteroübergang ermöglicht die Herstellung von Lasern, die bei normaler Raumtemperatur arbeiten können. Diese Wissenschaft wurde erstmals 1963 von Herbert Kroemer eingeführt, obwohl sie erst Jahre später zur Standardwissenschaft in der Laserherstellung wurde, als die eigentliche Materialwissenschaft mit der Haupttechnologie Schritt hielt.
Heutzutage sind Heteroübergänge ein wesentliches Element für jeden Laser, vom Schneiden von Lasern in CNC-Maschinen bis zu Lasern, die DVD-Filme und Audio-CDs lesen. Heteroübergänge werden auch in elektronischen Hochgeschwindigkeitsgeräten verwendet, die bei sehr hohen Frequenzen arbeiten. Ein Beispiel ist ein Transistor mit hoher Elektronenmobilität, der einen Großteil seiner Funktionen bei über 500 GHz ausführt.
Die Herstellung vieler der heutigen Heteroübergänge erfolgt durch einen präzisen Prozess, der als CVD oder chemische Gasphasenabscheidung bezeichnet wird. MBE, das für Molekularstrahlepitaxie steht, ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Heteroübergängen. Diese beiden Prozesse sind von Natur aus äußerst präzise und sehr teuer in der Durchführung, insbesondere im Vergleich zu dem meist veralteten Prozess der Siliziumherstellung von Halbleiterbauelementen, obwohl die Siliziumherstellung in anderen Anwendungen immer noch weit verbreitet ist.