由网友(正在开启作死模式)分享简介：2维电子气(Two-dimensionalelectrongas,二DEG)是指电子气可以自由正在2维标的目的挪动，而正在第3维上遭到限定的征象。它是很多场效应器件（例如MOSFET、HEMT）事情的根蒂根基。中文名2维电子气应 用场效应器件外文名Two-dimensional electron gas缩 写二DEG概述要是3维固...

二维电子气(Two-dimensionalelectrongas,2DEG)是指电子气可以自由在二维方向移动，而在第三维上受到限制的现象。它是许多场效应器件（例如MOSFET、HEMT）工作的基础。

中文名

二维电子气

应 用

场效应器件

外文名

Two-dimensional electron gas

缩 写

2DEG

概述

如果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,这种具有两个自由度的自由电子就称为二维电子气（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一般容易在异质结构中获得。对于 半导体突变异质结，由于导带底 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；“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（即表面导电沟道）。如果“凹口” 势阱的深度足够大，则其中的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，从而可把异质结势阱中的电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。

高迁移率二维电子气

若控制突变异质结两边的掺杂状况，即在窄能隙一边的 半导体中不掺杂（即为 本征半导体），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（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。

二维电子气的量子特性

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，在更低温度下利用HEMT来测量异质结沟道中二维电子气的Hall效应时，发现Hall电导是一系列更为特殊的 量子化数值（称为 分数量子Hall效应）。这些 量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质。