Puolijohdeyhdistelmissä

Puolijohdeyhdistelmissä tarkoitetaan kerroksellisia rakenteita, joissa eri puolijohteet muodostavat lähekkäisiä rajapintoja. Eri kerrosten energiatason ja sidos-ominaisuudet poikkeavat toisistaan, mikä mahdollistaa elektronien ja aukkojen paikan sekä liikkeen hallinnan. Heterostruktuurien keskeinen ilmiö on band-alignmentin hallinta, jonka avulla voidaan luoda potentiaalikaistoja ja kvantti-ilmiöitä sekä muokata elektronien liike-olosuhteita.

Rakenteet voivat olla planar-tyyppisiä, mutta niihin liittyy usein kvantti-tilavaikutuksia, kuten kvanttiholvia ja pienikokoisia tiloja, joissa elektronit ovat rajoitettuja kolmiulotteisesti. Tällaiset rakenteet voivat muodostaa kaksidimensionaalisen elektronikaasun (2DEG) alueita, esimerkkinä GaAs/AlGaAs -järjestelmät, mikä parantaa liikkuvuutta ja soveltuvuutta suurinopeuksisiin laitteisiin.

Materiaalijärjestelmät kattavat usein III–V-ryhmän puolijohteet (esim. GaAs, AlGaAs, InP) sekä SiGe/Si-sarjat. Kerroksia rakennetaan käyttämällä epitaksian menetelmiä, kuten MBE:tä tai MOVPE:tä, jotka mahdollistavat erittäin puhtaan ja tarkasti hallitun kerrosrakenteen.

Sovellukset kattavat optoelektroniikan ja fotoniikan laitteet sekä korkeakäyntiväliä hyödyntävät elektroniikkatuotteet. Esimerkkejä ovat laserin ja LEDien kaltaiset emittoivat laitteet, valonilmaisimet, sekä korkean liikkuvuuden transistorit (HEMT) ja kvanttirakenteisiin perustuvat lähilaitteet sekä kvänn-tipiäisen lasertekojen kehittäminen (kautta kvanttivaikutusten).

Haasteiden joukossa ovat rajapintojen laadun hallinta, materiaalien kitka- ja virhevaikutukset sekä liitoskiristä aiheutuvat ongelmat. Puolijohdeyhdistelmät ovat kuitenkin keskeisiä nykyaikaisessa elektroniikassa ja fotoniikassa, ja niiden kehitys on ollut ratkaiseva suurtenopeuksisten ja kvanttiteknologioiden edistämisessä.