Гетероструктури з високорухливим 2D електронним газом
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 областигетероперехода 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.
Прогресс полупроводниковой технологии, в частности, эпитаксиальных методов роста, во второй половине XX века сделал возможным получение высококачественных пленок толщиной порядка фермиевской длины волны, в которых проявляется размерное квантование, и приборов на их основе. Уменьшение влияния механизмов рассеяния на ионизованной примеси путем введения в структуры спейсеров привел к созданию структур с высокоподвижным двумерным электронным газом; к настоящему времени в гетероструктурах СаАs / AlGaAs —достигнута подвижность порядка нескольких десятков миллионов см /В*с , что соответствует длине свободного пробега электрона в несколько сотен микрон. Плоские структуры с двумерным электронным газом стали объектом интенсивных исследований и способствовали открытию новых физических эффектов, в т.ч. целочисленного и дробного квантового эффекта Холла квантования проводимости в квазиодномерных проводниках в баллистическом режиме и др. Полевые транзисторы на основе двумерного электронного газа в системе СаАs / AlGaAs широко используются в быстродействующих устройствах.
Создание трехмерных структур из двумерных гетеропленок [4] открывает новые возможности в разработке приборов и исследовании физических эффектов. Оболочки с двумерным электронным газом - новые физические объекты, в которых ожидается ряд уникальных свойств вследствие влияния нескольких факторов:
По сравнению с известными методами создания неоднородного магнитного поля в двумерном газе, помещение его на цилиндрическую поверхность дает следующие преимущества:
а) возможность создания больших градиентов магнитного поля (>106 Т/м),
б) возможность менять величину градиента in situ.
Дельта-легирование (англ. delta-doping или англ. δ-doping ) — внедрение тонкого легированного слоя в полупроводниковые кристаллы в полупроводниках выращенных эпитаксиальными методами. Для внерения легирующей примеси процесс роста останавливают и запускают газ с примесью. Толщина слоя составляет порядка 1 нм. Типичным примером δ-легирования является кремний (n-тип примеси) и бериллий (p-тип примеси) в GaAs/AlGaAs гетероструктурах с двумерным электронным газом (ДЭГ). Дельта слой отделён от ДЭГ нелегированной областью называемой спэйсером. В таких структурах можно получить высокоподвижный ДЭГ с большей концентрацией, чем в однородно легированных полупроводниках[2].