heterostructuren

Heterostructuren zijn materialen die bestaan uit twee of meer verschillende constituent materialen die op korte afstand van elkaar zijn opgebouwd, meestal op nanometerschaal. Door de combinatie van lagen met verschillende elektronische en optische eigenschappen ontstaan functies die niet in een enkel materiaal voorkomen. In de halfgeleiderwetenschap worden ze vaak vervaardigd met epitaxiale groeitechnieken zoals moleculaire beam epitaxy (MBE) of chemische dampafzetting (CVD/MOCVD), zodat de kristalstructuur strak aansluit en de interfaces abrupt blijven.

De interfaces tussen de lagen bepalen belangrijke eigenschappen, met bandoffseten die de bandstructuur van de hele structuur bepalen. Dit maakt onder meer quantum wells mogelijk, waarin carriers geconfinieerd raken in een dunne laag. Banduitlijningen kunnen Type I, Type II of Type III zijn, wat de ruimtelijke verdeling van elektronen en gaten bepaalt. Heterostructuren kunnen bulkvorm hebben of lagere dimensies aannemen, zoals quantum wells, quantum wires en quantum dots. Een belangrijke recente ontwikkeling zijn van der Waals-heterostructuren, waarbij twee-dimensionale materialen zoals graphene, hexagonale boronnitride (hBN) en transition-metal-dichalkogeniden (TMD’s) gestapeld worden met zwakke van der Waals-interacties; dit laat stacking toe zonder strikte lattice-matching.

Toepassingen omvatten lichtemitters zoals LEDs en lasers, high-electron-mobility transistors, fotodetectors en zonnecellen, evenals diverse fotonische en quantumtechnologische systemen. Uitdagingen zijn de kwaliteit en abruptheid van interfaces, strainbeheer, defecten en strain-relaxatie bij dikkere stapels.