Полупроводниковые материалы являются основой современных электронных, фотонных, фотоэлектрических, термоэлектрических и многих других полупроводниковых устройств, которые являются неотъемлемой частью компьютеров, мобильных телефонов, гаджетов, бытовой техники, автомобилей и другого оборудования.
Более 99% всех полупроводниковых приборов изготавливаются из кремниевых пластин или на их основе. Новые полупроводниковые эпитаксиальные структуры IV группы, состоящие из кремния, германия, углерода или олова на кремниевых или кремниевых подложках на изоляторе, обеспечивают естественный путь для дальнейшего улучшения свойств современных кремниевых устройств с улучшенными или появляющимися уникальными свойствами.
Подвижность носителей
Подвижность свободных носителей в полосах проводимости (электронов) и валанса (дырок), наряду с достаточно большим энергетическим зазором, является одним из наиболее важных показателей качества любого полупроводникового материала, определяющим его пригодность для применения в большом разнообразии классических электронных, оптоэлектронных и сенсорных устройств, а также для новых применений в появляющихся квантовых приборах.
Более высокая подвижность позволяет ускорить работу устройства при меньшем энергопотреблении и, таким образом, приводит к снижению джоулева тепловыделения, что необходимо для масштабирования и увеличения скорости работы современных электронных устройств. Она еще более важна для тех устройств и электроники, которые работают при криогенных температурах и предназначены для управления распределенными регистрами квантовых процессоров. Кроме того, подвижность носителей является критическим качеством для квантовых устройств, часто играющим ключевую роль в новых открытиях.
Напряженный германиевый полупроводник
Германий — это полупроводниковый материал, который используется в полупроводниковой промышленности с момента изобретения первого транзистора. Он имеет некоторые преимущества перед другими полупроводниками, такими как кремний и различные соединения III-V. В частности, если подвижность дырок в германии можно увеличить с помощью деформационной инженерии, это может привести к созданию новых типов квантовых материалов с уникальными свойствами. Квантовые материалы — это материалы, которые проявляют уникальные электронные и магнитные свойства благодаря своей квантовой природе, и они изучаются для широкого спектра приложений, включая квантовые вычисления, зондирование и хранение энергии.
Полупроводниковые гетероструктуры на кремнии имеют встроенную деформацию, которая вызывается несоответствием кристаллических решеток составленных материалов. Она является важным параметром, используемым для инжиниринга структуры энергетической полосы материала. Однако исследование и разработка высокоподвижных напряженных кремниевых, кремний-германиевых и германиевых гетероструктур требует специальных методов эпитаксиального роста, таких как молекулярно-лучевая эпитаксия и химическое осаждение из паровой фазы, в сочетании со знаниями и технологиями эпитаксии для преодоления различных грандиозных проблем в гетероэпитаксии этих материалов.
