Введение
Интерфейс между двумя слоями или областями различных полупроводников.
Гетеропереход – это интерфейс между двумя слоями или областями различных полупроводников. Эти полупроводниковые материалы имеют разные ширины запрещенной зоны, в отличие от гомоперехода. Часто бывает полезно проектировать электронные энергетические зоны во многих применениях твердотельных устройств, включая полупроводниковые лазеры, солнечные элементы и транзисторы. Сочетание нескольких гетеропереходов в устройстве называется гетероструктурой, хотя эти два термина часто используются как взаимозаменяемые. Требование, чтобы каждый материал был полупроводником с разной шириной запрещенной зоны, несколько смягчено, особенно в малых масштабах, где электронные свойства зависят от пространственных характеристик. Более современное определение гетероперехода – это интерфейс между любыми двумя твердыми материалами, включая кристаллические и аморфные структуры металлических, изоляционных, твердых электролитов и полупроводниковых материалов.
A heterojunction is an interface between two layers or regions of dissimilar semiconductors. These semiconducting materials have unequal band gaps as opposed to a homojunction. It is often advantageous to engineer the electronic energy bands in many solid state device applications, including semiconductor lasers, solar cells and transistors. The combination of multiple heterojunctions together in a device is called a heterostructure, although the two terms are commonly used interchangeably. The requirement that each material be a semiconductor with unequal band gaps is somewhat loose, especially on small length scales, where electronic properties depend on spatial properties. A more modern definition of heterojunction is the interface between any two solid state materials, including crystalline and amorphous structures of metallic, insulating, fast ion conductor and semiconducting materials.
Наноразмерные гетеросоединения
В квантовых точках энергии зон зависят от размера кристалла из-за квантово-размерных эффектов. Это позволяет проводить инженерию смещения зон в наноразмерных гетероструктурах. Можно использовать одни и те же материалы, но изменить тип перехода, например, с перекрывающегося (тип I) на ступенчатый (тип II), изменяя размер или толщину задействованных кристаллов. Наиболее распространенной наномасштабной гетероструктурной системой является ZnS на CdSe (CdSe@ZnS), которая характеризуется перекрывающимся смещением зон (тип I). В этой системе ZnS с гораздо большей шириной запрещенной зоны пассивирует поверхность флуоресцентного ядра CdSe, тем самым повышая квантовую эффективность люминесценции. Дополнительным преимуществом является повышенная термическая стабильность благодаря более прочным связям в оболочке ZnS, что обусловлено ее большей шириной запрещенной зоны. Поскольку CdSe и ZnS растут в кристаллической фазе цинковой обманки и хорошо согласованы по решетке, предпочтительным является рост структуры "ядро-оболочка". В других системах или при различных условиях роста может быть возможен рост анизотропных структур, таких как структура, показанная на изображении справа. Было показано, что движущей силой для переноса заряда между зонами проводимости в этих структурах является смещение зоны проводимости. Уменьшая размер нанокристаллов CdSe, выращенных на TiO2, Robel и др. обнаружили, что электроны быстрее переходят из более высокой зоны проводимости CdSe в TiO2. В CdSe квантово-размерный эффект проявляется сильнее в зоне проводимости из-за меньшей эффективной массы, чем в валентной зоне, и это справедливо для большинства полупроводников. Следовательно, инженерия смещения зоны проводимости обычно намного проще для наноразмерных гетеропереходов. Для ступенчатых (тип II) гетеропереходов наномасштаба может происходить фотоиндуцированное разделение зарядов, поскольку самое низкое энергетическое состояние для дырок может находиться с одной стороны перехода, а самое низкое энергетическое состояние для электронов – с противоположной. Было предложено использовать анизотропные ступенчатые (тип II) гетеропереходы наномасштаба для фотокатализа, в частности, для расщепления воды с использованием солнечной энергии.