heterostrukturierten

Heterostrukturen, oft als heterostrukturierte Materialien bezeichnet, sind Systeme, die aus Schichten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung oder Kristallstruktur bestehen und abrupte Grenzflächen aufweisen. Durch die Kombination mehrerer Materialien lassen sich elektronische und optische Eigenschaften gezielt steuern, insbesondere durch Bandoffsets an den Grenzflächen, die zu Potentialbarrieren oder -tiefen führen. Je nach Bandanordnung spricht man von Typ-I-, Typ-II- oder Typ-III-Heterostrukturen, was unterschiedliche Aufenthaltsorte von Elektronen und Löchern bedingt.

Heterostrukturen spielen eine zentrale Rolle in der Halbleitertechnik. Typische Anwendungen umfassen Quantenwellensysteme, Superlattice-Strukturen, LEDs, Laserdiode und Hochmobilitätstransistoren. In der Photonik ermöglichen sie verstärkte Lichtemission oder selektive Trägertrennung; in der Energieumwandlung verbessern sie die Effizienz von Solarzellen und Detektoren durch mehrschichtige Absorptionsprofile. Unterschiedliche Materialkombinationen erlauben zudem die Integration verschiedener Funktionen, die in einem einzelnen Material schwer realisierbar wären.

Herstellung erfolgt typischerweise durch epitaktische Wachstumsprozesse wie Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD, CVD). Die Größe der Gitterabstimmung, Oberflächenrauheit, Defekte und Spannungen an den Grenzflächen beeinflussen die Leistungsfähigkeit der Heterostrukturen. Neuere Entwicklungen umfassen zweidimensionale Heterostrukturen und Van-der-Waals-Heterostrukturen, die Materialien mit geringerer Gitterpassung kombinieren.

Zusammenfassend bieten heterostrukturierte Materialien eine flexible Plattform zur Kontrolle von Elektronen- und Lichttransport auf nanoskopischen bis mikroskopischen Skalen, mit breiten Anwendungen in Elektronik, Optoelektronik und Energieumwandlung.

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