Heterojonkkien

Heterojonkit (heterojunctions) ovat puolijohteiden välisiä rajapintoja, joissa kaksi erilaista puolijohdetta yhdistetään. Eri materiaalien band-gap-arvot ja energiatason erimukaiset aiheuttavat potentiaalirajoja, jotka vaikuttavat elektroneiden ja reikien liikkeeseen. Heterojonkit mahdollistavat kvantti-tilojen muodostumisen ja tehokkaan konfinaation, mikä on keskeistä modernissa opto- ja elektroniteknologiassa.

Rajapinnalle liittyy energianjakoa eli band alignment -ilmiö, jota luokitellaan tyyppeihin I, II ja III. Tyyppi I (straddling gap) sitoo sekä elektronit että reiät samaan materiaaliin, mikä soveltuu usein valon emission -laitteisiin. Tyyppi II (staggered gap) erottelee elektronit ja reiät eri materiaaleihin, mikä on hyödyllistä esimerkiksi fotodetektioissa ja varastoinnissa. Tyyppi III (broken gap) johtaa katkonomaiseen energiajakaumaan, mikä mahdollistaa tumman tulo- ja kvanttipoikkeavuudet sekä resonanssitunnin ilmiöt.

Materiaalivalikoima kattaa muun muassa GaAs/AlGaAs-, InP/InGaAs-, SiGe/Si- ja GaN/AlGaN- järjestelyt. Näitä rakennetaan pääasiassa epitaksian menetelmillä, kuten molekyylileimaisella epitaaksialla (MBE) tai säiliönorgaanisella kasvulla (MOVPE/MOCVD). Lattian mat-kanavan ja rajapinnan laatua säätelevät lattice-mismatch, atomikonfinaatio ja rajapinnan sileys.

Käytännön sovelluksia ovat korkealiikenteiset transistorit (HEMT-tyypit), kvanttilamppujen ja lasersädekehien kvanttikerrokset, LED- ja valokennoratkaisut sekä fotodetektio- ja hajotuslaitteet. Heterojonkkien tutkimus keskittyy edelleen parempaan hyödyntämiseen, materiaalien integrointiin ja rajapintojen hallintaan sekä lämpötilariippuvuuksiin liittyviin haasteisiin.