РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ДИАГРАММЫ МНОГОБАРЬЕРНОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ
Authors: Г.А. МУСТАФАЕВ , В.А. ПАНЧЕНКО , А.И. ХАСАНОВ , А.Г. МУСТАФАЕВ , Н.В. ЧЕРКЕСОВА 
Published: December 2024

В реальном пространстве энергетический профиль многобарьерной гетероструктуры характеризуется разрывом зон на гетерограницах. Разрывы зон служат потенциальными барьерами для электронов и дырок и тем самым создают периодический сверхрешеточный потенциал в зоне проводимости и валентной зоне. Узкозонный слой, зажатый между двумя широкозонными полупроводниками, образует две прямоугольные квантовые ямы - одну для электронов и одну для дырок. Теоретический расчет величины разрыва зоны проводимости и валентной зоны представляет собой не тривиальную задачу. На величину разрыва зоны влияют многие факторы: прямоугольная или параболическая яма, кристаллическое совершенство границы раздела, протяженность переходной области гетероструктуры, механические напряжения на гетерогранице, технология и др. В рамках настоящей работы предложена модель, позволяющая построить зонную диаграмму гетероструктуры. Моделирование позволяет для конкретной гетероструктуры рассчитать оптимальную первоначальную энергию частицы, т.е. оптимальную концентрацию примеси в области контактов к структуре, и получить значение внешнего напряжения, соответствующее условию резонансного туннелирования электронов. Данная модель может быть распространена на гетероструктуры, состоящие из большего числа квантовых ям и барьеров, и использоваться для анализа других полупроводниковых гетероструктур на основе соединений AIIIBV, AIIBVI и более сложных тройных и четверных. Для проведения расчетов использовался математический пакет Mathcad, позволяющий графически представлять полученные результаты, что способствует их более полному анализу. Предложенная структура может быть использована при выпрямлении переменного тока с амплитудой напряжения менее 0,1 В, что соответствует типичному уровню напряжений в антенных устройствах.

In a real space, the energy profile of a multi-barrier heterostructure is characterized by band breaking at heterointerfaces. The band discontinuities serve as potential barriers for electrons and holes and thus create a periodic superlattice potential in the conduction and valence band. A narrow-gap layer sandwiched between two wide-band semiconductors forms two rectangular quantum wells-one for electrons and one for holes. The theoretical calculation of the gap between the conduction band and the valence band is not a trivial task. Many factors affect the value of the zone rupture: a rectangular or parabolic well, a crystalline interface perfection, the length of the transient region of the heterostructure, mechanical stresses at the heterointerface, technology, etc. In the framework of this paper we propose a model that allows constructing a band diagram of the heterostructure. Modeling allows for a specific heterostructure to calculate the optimal initial energy of the particle, i.e., the optimum concentration of the impurity in the region of contacts to the structure, and obtain the value of the external voltage corresponding to the resonant tunneling of electrons. This model can be extended to heterostructures consisting of more quantum wells and barriers and used to analyze other semiconductor heterostructures based on compounds AIIIBV, AIIBVI and more complex triple and quadruple ones. For the calculations, the mathematical package Mathcad was used, which allows to graphically represent the results obtained, which facilitates their more complete analysis. The proposed structure can be used when rectifying an alternating current with a voltage amplitude of less than 0.1 V, which corresponds to a typical level of voltage in the antenna devices.