二维电子气

二来自维电子气是用量子限制等物理方法使电子群在一个方向上的运动被局限于一个很小的范360百科围内,而在另外二个方向肥斗治联上可以自由运孩李逐整动的系统称为二维电子系。如果系统中电子密度较低,则称为二维电子气。

• 中文名称 二维电子气
• 外文名称 Two-dimensional electron gas
• 应用 场效应器件
• 缩写 2DEG

概述

　　如果来自三维固体中电子的运动在某一个方向(如z方向)上受到阻挡(限制),那么,电子就只能在另外两个方向(x、y方向)上自由运动,这种具有自政书两个自由度的自由电子360百科就称为二维电子气(2-DEG)。2-DEG是许多场效应器件(例如MOSFET、HEMT)工作的基础。

基本概念

　　2-DEG一般容雨布京易在异质结构中获得。对于半导延联急做行体突变异质结，由于青坏铁移宪导带底能量突变量ΔEc的存在，则在界面附近出现有"尖峰"和"凹口";实际上，对异质结画包五明杂材纸球中导带电子的作用而言，该"尖峰"也就是电子的势垒，"凹口"也就是电子的势阱。因此，实际上"尖峰"中的电场有驱赶电子的作用，即形成耗尽层些训养优过记功;"凹口"中的电场有驱赶空穴、积累电子的作用，在条件合适时，即可形成电子积累层(即表面导电沟烧安扩往道道)。如果"凹口"势阱的深度足够大，则其中的依缺办衣一县治电子就只能在势阱中沿着平面的各个方向运动(即紧贴着异质结界面运动)，即为二绍牛就源诗即德拉声假何维运动的电子;进而，若引入有效质量概念，则可认为这些电子是经典自由电子兵，从而可把异质结势阱中的电权似子看作为具有一定有效质量的所谓"二维电子气"(2-DEG)。实际上，其他半导体表面沟道(例如MOSFET的沟道)中的电子也与这些电子一样，都是二维电子气。

HEMT中的二维电子气

高迁移率

来自　　若控制突变异质结两边的掺杂状况，即在窄能隙一边的半势村师导体中不掺杂(即为本征半360百科导体)，而在宽异能隙一边的半导体中掺入施主，则在异质结界面附近的本征半导体一侧有电子势阱，而在掺杂半导体一侧有电子势垒;其中势阱中积累有二维电子气(都由另一边的掺杂半导体所提供)。这种异质结就称为调制掺杂异质却钢波挥一工结(MODHJ)。

　　这种调制掺杂异质结中的二维电子气具有许多重要的性质。由于势阱中的二维电子气是处在本征半导体一边，而该处不存在电离杂质中心的散射作用，因此，这些二维电子气沿着平面方向运动的迁移率将非常高玉买宗效高(特别是在较低温度下、晶格振动减弱时)，故又称这些电子为高迁移率二维电子气。性能优良的超高频、超高速场效应晶体管--HEMT(又称为MODFET)，就是利用调制掺杂异质结势阱(沟道)中的高迁移率二维电子气来工作的。

　　调制掺杂异质结中的二维电子气除了具有非常高的迁移率以外，还具有一种独特的性质就是，即使在极低温度下都不会"冻结"--不会复合消失。因为提供这些二维电子气的电部久鱼免离杂质中心都是处在异质结的另一侧的，这就是说，在空间上自由电子与电离杂质中心是分离开来的，所以，当温度降低时，这些电子也无法回到杂质中心上去，从甚够鲁文效破断而在极低温度下它们也不会消失，能够正常工作。这就为低温电子学的研究与发展提供了器件基础。

量子特性

　　二维电子气还具有许多奇特的性质。例如，在低温下利用MOSFET来测量沟道中二维电子气的Hall效应时，发现器件的Hall电导是一系列量子化的数值(称为整数量子Hall效应)。又如，在更低温度下利院小取用HEMT来测量异质结沟李道中二维电子气的Hall效应时，发现Hall电导是一系换自装流看坏行太列更为特殊的量子化数值(称为分数量子Hal件细条晚率供东判八讨歌l效应)。这些量专喜院地论研粮好配特再子效应都是二维电子气在低温下所呈现出来的一些奇特的性宜少强严著算黑己尼质。