Was ist ein Heteroübergang?

Ein Heteroübergang entsteht, wenn zwei verschiedene Schichten kristalliner Halbleiter mit abwechselnden oder unterschiedlichen Bandlücken zusammengefügt oder übereinander geschichtet werden. Heteroübergänge werden hauptsächlich in elektrischen Festkörpergeräten verwendet und können auch zwischen zwei Halbleitern mit unterschiedlichen Eigenschaften gebildet werden, z. B. wenn einer kristallin und der andere metallisch ist. Wenn die Funktion eines elektrischen Geräts oder die Anwendung eines Geräts von mehr als einem Heteroübergang abhängt, werden diese so angeordnet, dass eine sogenannte Heterostruktur entsteht. Diese Heterostrukturen werden verwendet, um die von verschiedenen elektrischen Geräten wie Solarzellen und Lasern erzeugte Energie zu erhöhen.

Es gibt drei verschiedene Arten von Heteroübergängen. Wenn diese Schnittstellen zwischen Halbleitern entstehen, können sie einen sogenannten Straddle Gap, einen Steped Gap oder einen Broken Gap bilden. Diese verschiedenen Arten von Heteroübergängen hängen von der Energielücke ab, die durch die spezifischen Halbleitermaterialien entsteht.

Die Energiemenge, die ein Material erzeugen kann, hängt direkt von der Größe der durch den Heteroübergang erzeugten Energielücke ab. Auch die Art der Energielücke ist wichtig. Diese Energielücke besteht aus der Differenz zwischen dem Valenzband, das von einem Halbleiter erzeugt wird, und dem Leitungsband, das von dem anderen erzeugt wird.

Heteroübergänge sind Standard bei allen hergestellten Lasern, seit die Wissenschaft der Heteroübergänge zum branchenweiten Standard geworden ist. Heterojunction ermöglicht die Herstellung von Lasern, die bei normaler Raumtemperatur betrieben werden können. Diese Wissenschaft wurde erstmals 1963 von Herbert Kroemer eingeführt, wurde jedoch erst Jahre später zur Standardwissenschaft in der Laserfertigungsindustrie, als die heutige Materialwissenschaft mit der Mainstream-Technologie gleichzog.

Heterojunctions sind heute ein unverzichtbares Element für alle Laser, von Schneidlasern auf CNC-Maschinen bis hin zu Lasern, die DVD-Filme und Audio-CDs lesen. Heteroübergänge werden auch in elektronischen Hochgeschwindigkeitsgeräten verwendet, die mit sehr hohen Frequenzen arbeiten. Ein Beispiel ist ein Transistor mit hoher Elektronenmobilität, der die meisten seiner Funktionen bei über 500 GHz betreibt.

Die Herstellung vieler heutiger Heteroübergänge erfolgt durch einen präzisen Prozess namens CVD oder chemische Gasphasenabscheidung. MBE steht für Molecular Beam Epitaxy und ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Heteroübergängen. Beide Prozesse sind von Natur aus äußerst präzise und sehr teuer in der Durchführung, insbesondere im Vergleich zu dem größtenteils veralteten Prozess der Herstellung von Halbleiterbauelementen mit Silizium, obwohl die Siliziumherstellung in anderen Anwendungen nach wie vor sehr beliebt ist.

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