4. Kết cấu của luận văn
2.1.7. Ảnh hưởng của chuyển tiếp dị thể trong thiết bị điện trở
Việc sử dụng cấu trúc dị thể cấp phát là một cách hoàn thiện hiệu suất phát xạ của Led bằng sự hạn chế hạt tải điện tới vùng hoạt động, theo cách đó đã phá hủy sự khuếch tán của hạt phụ tải cự ly xa. Kết cấu dị thể có thể còn được dùng để hạn chế ánh sáng tới vùng cộng hưởng; đặc biệt dùng trong phát quang biên. Hiện nay, bán dẫn được dùng trong Led và laser có nhiều chuyển tiếp dị thể,VD, cho lớp tiếp xúc, vùng hoạt động và vùng cộng hưởng. Mặc dù kết cấu dị thể cấp phát cải thiện cho thiết kế Led, nhưng vẫn còn một số vấn đề đi kèm với những chuyển tiếp dị thể. Một trong những vấn đề giới thiệu bởi kết cấu dị thể là điện trở gây bởi bề mặt chuyển tiếp dị thể. Nguồn ngốc của điện trở được trình bày trên hình 2.9(a), nó đã biểu diễn dải đồ thị của một kết cấu dị thể. Thành phần kết cấu dị thể của hai bán
dẫn với năng lượng vùng khe khác nhau và được giả định rằng cả hai mặt của cấu trúc dị thể là của độ dẫn loại n. Hạt tải điện trong dải vùng khe lớn vật liệu sẽ tán xạ qua dải vùng khe nhỏ vật liệu, tại đó chúng chiếm trạng thái dải dẫn của năng lượng thấp hơn. Kết quả của sự chuyển đổi điện tử, một cực tĩnh điện được hình thành, bao gồm lớp nghèo các điện tử dương với ion cho trong dải khe rộng vật liệu. Sự chuyển đổi điện tích dây dẫn điện tới dải cong được minh họa trên hình 2.9(a). Hạt tải điện chuyển đổi từ một bán dẫn tới vị trí khác phải vượt qua tấm chắn bằng hiệu ứng chui hầm hoặc bằng sự phản xạ nhiệt qua màn chắn. Điện trở tạo thành bởi chuyển tiếp dị thể có thể ảnh hưởng rất xấu trên đặc tính thiết bị, nhất là trong các thiết bị công suất lớn. Nguồn nhiệt hình thành bởi dây dẫn điện trở kết cấu dị thể tới nhiệt của vùng hoạt động, theo cách ấy làm giảm hiệu suất bức xạ.
Nó thể hiện rằng dải gián đoạn kết cấu dị thể có thể hoàn toàn loại trừ bởi sự xếp bậc của cấu trúc hóa học của bán dẫn trong vùng lân cận của kết cấu dị thể. Dải biểu đồ của sự phân loại kết cấu dị thể được thể hiện trên hình 2.9(b). Kiểm tra hình lộ ra thấy rằng nó không dài hơn đầu nhọn trong dải dẫn đó là trở ngại của dòng điện tử. Nó thể hiện rằng điện trở của parabol chia độ cấu trúc dị thể có thể so sánh được với khối vật liệu điện trở dời. Như vậy, điện trở được thêm vào hình thành bởi kết cấu chuyển tiếp dị thể gián đoạn có thể hoàn toàn loại trừ bằng sự chia độ parabol.
Dạng của vùng chia độ là parabol bởi những lý do dưới đây. Dải vùng khe lớn vật liệu có thể nghèo các hạt tải điện tự do do sự chuyển điện tử tới vùng khe nhỏ vật liệu. Như vậy sự tập chung điện tích trong vùng khe lớn vật liệu sẽ là tập chung các phần tử cho. Giả sử rằng nồng độ điện tích cho là ND là hằng số trong suốt kết cấu dị thẻ, lời giải của phương trình Poison cho ra hiệu điện thế :
2 2 x eND ε = Φ (2.20)
Đẳng thức đã cho thấy rằng điện áp phụ thuộc vào bình phương tọa độ không gian x, tức là điện áp có dạng parabol. Trong các chế độ để bù dạng parabol của điện áp nghèo, bố cục của vật liệu bán dẫn là từ nhiều đường parabol tạo thành, nên xác định được kết quả điện áp tổng cộng. Giả sử rằng sự biến thiên parabol của kết cấu hóa học kết quả là trong sự thay đổi của năng lượng vùng khe phụ thuộc tuyến tính vào kết cấu hóa học và sự uốn cong của vùng khe có thể bỏ qua.
Tiếp theo, đưa ra một qui tắc thiết kế gần đúng cho sự xếp bậc của kết cấu dị thể. Giả sử rằng sự gián đoạn dải dẫn của gián đoạn chuyển tiếp dị thể là ∆EC và kết cấu pha tạp đều với một độ pha tạp ND. Chúng ta hãy giả sử rằng hạt tải điện có chuyển đổi tới khe vùng nhỏ bán dẫn, tức là khi đó vùng nghèo có bề rộng WD trong vùng khe lớn bán dẫn. Nếu điện áp tăng trong vùng nghèo bằng
e
EC
∆
, khi đó điện tích sẽ không truyền dài hơn tới vùng khe nhỏ vật liệu. Bề rộng vùng nghèo có thể tính từ đẳng thức (2.20) bằng: D C D N e E W . . 2 2 ∆ = ε (2.21)
Bề mặt chuyển tiếp kết cấu dị thể phải chia độ lên trên khoảng cách WD trong giai đoạn đến cực tiểu điện trở giới thiệu bởi kết cấu dị thể gián đoạn. Tất cả kết quả của đẳng thức (2.21) là gần đúng nó cung cấp sự định hướng hoàn hảo cho thiết kế
thiết bị. Các bước có thể mạng đến phép tính chơn tru.VD, điện áp thay đổi phù hợp với lớp tích tụ điện tích trong vùng khe nhỏ vật liệu có thể được mang vào phép tính. Nhiều bộ phần mềm có giá trị cấp phát cho tính toán bằng số của bán dẫn kết cấu dị thể, Ví dụ như bộ phần mềm Atlas của hội đồng thành phố Silvaco.
Cấp phối sử dụng cho tất cả kết cấu dị thể, bao gồm cả kết cấu dị thể liên tiếp vùng hoạt động. Ảnh hưởng của cấp phối trong kết cấu dị thể kép đươc biểu diễn trên hình 2.10. Thành phần cấu tạo và dải biểu đồ của cấu trúc không được phân loại được biểu diễn trên hình 2.10(a). Ở tại cả hai bề mặt chuyển tiếp dị thể, màn chắn phát triển là kết quả của chuyển đổi các điện tích tự do tới vùng hoạt động. Những màn chắn này gia tăng thiết bị điện trở dưới điều kiện phân cực thuận
Trường hợp của phân loại bề mặt chuyển tiếp dị thể được trình bày trên hình 2.10(b). Biểu đồ biểu diễn hai đường thẳng phân loại bề mặt ghép nối vùng hoạt động. Dải biểu đồ minh họa các màn chắn tại bề mặt chuyển tiếp dị thể có thể giảm hiệu quả hoặc hoàn toàn giới hạn bởi sự phân loại. Chú ý rằng đường thẳng cấp phối thể hiện trên hình 2.10(b) kết quả là trong nhánh nhỏ tại bề mặt chuyển tiếp giữa đường thẳng chia độ và vung không chia độ. Những nhánh này là kết quả của đường thẳng cấp phối giả sử, và không cho kết quả là cấp phối parabol.
Nói chung, sự chuyển của các hạt tải điện trong cấu trúc dị thể thì bảo toàn nhiệt, tức là sự chuyển hạt tải điện trong giới hạn thiết bị vật liệu bán dẫn không phát sinh nhiệt không cần thiết. Điều này đặc biệt đúng cho thiết bị công suất lớn nơi bổ sung nhiệt phát sinh vào mặt trong thiết bị dẫn tới giảm chất lượng phù hợp với tăng nhiệt độ làm việc.
Cuối cùng, chú ý rằng sự tương hợp các mắt lưới là điều đáng mong muốn trong tất cả các thiết bị cấu trúc dị thể. Điều đó cũng là điều mong muốn trong cấu trúc chia độ trong bậc tới số bé nhất của những chuyển chỗ không hợp hành động đó như trung tâm tái hợp không bức xạ.