在考慮異質接面的靜電學之前,將先討論同型接面的一 項獨特的特性。圖 2-15 顯示一個 n-N GaAs-AlGaAs 異質 接面在熱平衡時的能帶圖。
圖2-15 pn 異質接面在熱平衡下的能帶圖
AlGaAs 可以是適度摻雜至重摻雜的 n 型,而 GaAs 可以 是較輕摻雜,或者甚至是本徵的。如同之前所提及的,為了 獲致熱平衡,電子會由寬能隙 AlGaAs 流動進入 GaAs 之中,
而在鄰近界面處的位勢井之中形成一層電子的堆積層。我們 之前已經發現的一項基本量子學的結論乃是,被侷限於位勢 井之中的一個電子在一個(垂直於介面的)空間方向上具有量 子化的能量,但卻可以在其它兩個空間方向上自由移動的這 種情況。
接近界面的位勢函數可以以一個三角形的位勢井來加以 近似。圖 2-16(a)顯示接近陡峭接面的界面處的傳導帶邊緣,
而圖 2-16(b)則顯示三角形位勢井的近似。可以使用這個位勢 函數來求解薛丁格波動方程式,量子化的能階顯示於圖 2-16(b)之中。
(a) (b)
圖 2-16 (a) N-AlGaAs – i-GaAs 異質接面傳導帶邊緣
(b) 具有離散電子能量的三角形位能近似
圖 2-17 之中顯示電子在位勢井之中分部的定性描述。與 界面平行的電流將會是電子濃度與電子移動率的一個函數。
由於 GaAs 可能是輕摻雜或者可能是本徵的,因此二維電子 氣勢在一個低雜質摻雜的區域之中,這使得雜質散射效應會 被極小化。電子的遷移率會比假設電子與解離施體都是在相 同的區域之中的情況大很多。
圖2-17 三角形量子井中的電子濃度
V(z)= eEz z > 0 (2.6a) V(z)= ∞ z < 0 (2.6b)
與界面平行的電子移動仍然還會受到AlGaAs之中解離 雜質的庫倫吸引力的影響。藉由使用一個漸變 AlGaAs-GaAs 異質接面,這些力量的效應可以被進一步地降低。漸變層是 AlxGa1-xAs,其中莫爾分量x會隨著距離而改變。
在這種情況之下,一層本徵的漸變 AlGaAs 被包夾在 N 型 AlGaAs 與本徵的 GaAs 之間。圖 2-18 顯示熱平衡時跨越 漸變 AlGaAs-GaAs 異質接面的傳導帶邊緣。位勢井的電子會 進一步地由解離雜質被分離出來,使得電子的遷移率增大,
並且會比陡峭異質接面之中的電子遷移率來的高。圖 2-19 低 電場中摻雜濃度與 2-DEG 中移動率關係圖
圖 2-18 漸進異質接面處的傳導帶邊緣
圖 2-19 低電場中摻雜濃度與 2-DEG 中移動率關係圖
在討論夾止電壓時,圖 2-20 顯示一個簡化的單邊n通道 止電壓(internal pinchoff voltage),以Vpo來加以表示。結果將 得到
po 或臨限電壓(threshold voltage)。夾止電壓是以符號Vp來表 示,並且是以方程式(2.7)以及(2.8)來加定義
一個 n 通道空乏模式的元件在不飽和區域之中的洩極電