InAs/AlSb异质结材料的优势

在纳米器件中，包括碳纳米管（CNT）和石墨烯、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料和器件具有很大的吸引力。图1.5对比了几种材料的电子和空穴迁移率，从图1.5中可知道Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体比Si或者Ge材料具有更高的载流子迁移率，其中InAs和InSb材料具有很高的电子迁移率。在室温下，InAs的电子迁移率达到30000cm2／V·s，而InSb在载流子浓度是～1016／cm3，电子迁移率高达78000cm2／V·s。InAs和InSb材料的迁移率比其他化合物半导体材料都高，并且比Si和Ge材料迁移率高10倍多。

（гandL-valleys）InAs材料导带中г能谷和L 能谷间的较大的能带带阶，这样材料中电子只有获得很大的动能才能占据L 能谷，这就使得InAs材料中电子获得很大的峰值速度（Peakvelocity），Dobrovolskis等人测出在77K 电场0.5kV／cm 时InAs材料中电子的速度达到4.0×107cm／sec。InAs材料的峰值速度比InGaAs材料提高了40%，而比GaAs材料提高了近2倍。如图1.6所示，由于г-L能谷带阶（0.72eV）比InAs材料的禁带宽度大，由于г能谷的碰撞离化的限制，Brennan and Hess理论预测InAs材料的电子漂移速度超过1×108cm／sec。在晶体管中，电子的峰值或者饱和速度决定了器件的电学特性。

图1.5　室温下材料禁带宽度和载流子迁移率的关系图［18］(www.xing528.com)

图1.6　InAs能带结构图

首次报道InAs／AlSb单量子阱是美国圣巴巴拉市加利福尼亚大学的Kroemer's教授的团队，他们团队生长的InAs／AlSb单量子阱可以通过控制界面特性而获得很高的电子迁移率。在InAs和AlSb异质结交界面处，界面结合可以是InSb键或者AlAs键。Tuttle等人的工作显示InSb界面可以获得较高的电子迁移率，Bolognesi等人研究发现改变InAs层厚度在12.5～20nm薄阱中可以获得较高的电子迁移率。界面散射将降低InAs薄阱中电子的迁移率。InAs层的厚度大于20nm就是厚阱，厚阱中电子迁移率就会降低，电子迁移率的减小可能由于InAs和AlSb材料1.3%的晶格失配率引起。自从发现InAs薄量子阱中可以获得较高的电子迁移率，就引发了很多有趣的物理研究，比如电子弹道输运现象研究，在磁感应和电磁逻辑应用中的hall现象研究等。

InAs量子阱器件分为两大类：一类是纳电子器件共振遂穿二极管（RTD），一类是高电子迁移率晶体管（HEMT）。InP基的In0.53Ga0.47As／AlAs的RTD开关速度1.5ps。同样，InP基的In0.53Ga0.47As／In0.52Al0.48As HEMT在30nm栅长时电流增益截止频率高达472GHz，而InAs／AlSb HEMT更是由于InAs材料本身具有很高的电子迁移率，且InAs／AlSb材料的导带带阶很大有利于提高2DEG层面电子密度，这样在高速，低功耗方面表现出更好的优越性。