Структуры с двумерным электронным газом

Наиболее ярким примером структур с двумерным электронным газом являются тонкие пленки. Но тонкие пленки не являются лучшим объектом для наблюдения квантовых эффектов. В полупроводниках получить тонкие пленки необходимого качества сложно. Причина в том, что на поверхности полупроводниковой пленки существует высокая плотность поверхностных состояний, играющих роль центров рассеяния. Поэтому в настоящие время ведущую роль занимают кремниевые МДП – структуры и квантовые гетероструктуры.

Структуры типа МДП (металл – диэлектрик - полупроводник) используются в качестве полевых транзисторов. Основным материалом для изготовления МДП – структур является кремний, благодаря той легкости, с которой путем окисления создается однородный слой высококачественного диэлектрика SiO₂, имеющий требуемую толщину. Более подробно размерное квантование электронного газа в МДП-структурах, принцип работы активных элементов микро- и наноэлектроники на их основе рассмотрен в методическом пособии «Квантово-размерные структуры в электронике: транзисторные структуры и клеточные автоматы».

Эффекты размерного квантования проявляются также в гетероструктурах – контактах между полупроводниками с различной шириной запрещенной зоны. На таком контакте края энергетических зон испытывают скачки, ограничивающие движение носителей и играющие роль стенок квантовой ямы (рисунок 2). В результате такого ограничения электронный газ в области, непосредственно прилегающей к контакту, можно считать двумерным. Достоинства гетероструктур:

а) высокое качество гетерограницы, позволяющее уменьшить плотность поверхностных состояний на гетерогранице до значений порядка 10⁸см^-2, что на несколько порядков меньше, чем в лучших МДП - структурах. Это приводит к возможности получения высоких подвижностей μ в приповерхностном канале. В гетероструктурах были получены значения подвижности электронов, превосходящие 10⁷ см ²/ (В *с), в то время как для лучших МДП- структур μ≈5*10⁴ см ²/ (В* с).