16. Розмірне квантування та умови його спостереження. Вплив концентрації носіїв заряду на спостереження розмірного квантування.

Розмі́рне квантува́ння — явище дискретизації енергетичних рівнів квантовомеханічних частинок в тілах малого розміру.

Розмірне квантування проявляється в наночастинках, зокрема в квантових точках.

Фізична природа[ред. | ред. Код]

Будь-яке тверде тіло є потенціальною ямою для електронів. Для вильоту електрона із твердого тіла йому необхідно надати певну енергію, наприклад для металів ця енергія називається роботою виходу.

У потенціальній ямі електрон чи інша частинка має дискретний набір енергій. Коли потенціальна яма широка, ці дискретні енергетичні рівні розташовані в енергетичному спектрі так густо, що віддаллю між ними можна знехтувати, вважаючи спектр суцільним. При зменшенні розмірів тіла, віддаль між дискретними енергетичними рівнями збільшується. Коли вона стає настільки великою, що дискретність починає проявлятися в різноманітних фізичних явищах, наприклад, в оптичних спектрах речовин, то говорять про розмірне квантування рівнів.

Розмірне квантування особливо важливе для напівпровідникових наночастинок, оскільки елементарними збудженнями в напівпровідниках є квазічастинки — електрони провідності й дірки, що характеризуються ефективною масою, яка може бути набагато меншою від маси вільного електрона. Малість ефективної маси квазічастинок зумовлює прояв розмірного квантування для частинок розміром у кілька десятків нанометрів.

17. Типи гетеропереходів, структури із квантовими ямами та бар’єрні структури. Область просторового заряду. Побудова зонної діаграми поблизу гетеропереходу.

p-n перехі́д (електронно-дірковий перехід) — область контакту напівпровідників p- та n-типу всередині монокристала напівпровідника, в якій відбувається перехід від одного типу провідності до іншого. Ця область характеризується одностороннім пропусканням електричного струму. На властивостях p-n переходів ґрунтується робота напівпровідникових діодів, транзисторів та інших електронних елементів з нелінійною вольт-амперною характеристикою.

Відкриття p-n переходу зазвичай відносять американському фізику Расселу Олу з Bell Labs.^[1] Проте патент Ола було отримано лише в 1946 році, а перші західні публікації, присвячені p-n переходу, з'явилися ще роком пізніше. Натомість уже в 1941 році український фізик Вадим Лашкарьов опублікував роботу в якій методом термозонду було досліджено перші p-n переходи ^[2].

Фізичні принципи[ред. | ред. Код] Області просторового заряду[ред. | ред. Код]

Схема виникнення областей просторового заряду

В напівпровіднику p-типу концентрація дірок набагато перевищує концентрацію електронів. В напівпровіднику n-типу концентрація електронів набагато перевищує концентрацію дірок. Якщо між двома такими напівпровідниками встановити контакт, то виникне дифузійний струм — носії заряду, хаотично рухаючись перетікатимуть із тієї області, де їх більше у ту область, де їх менше. При такій дифузії електрони та дірки переносять із собою заряд. Як наслідок, область на границі стане зарядженою. Та область у напівпровіднику p-типу, яка примикає до границі розділу, отримає додатковий негативний заряд, принесений електронами, а погранична область в напівпровіднику n-типу отримає позитивний заряд, принесений дірками. Таким чином, границя розділу буде оточена двома областями просторового заряду протилежного знаку.

Електричне поле, яке виникає внаслідок утворення областей просторового заряду, спричиняє дрейфовий струм у напрямку протилежному дифузійному струму. Врешті-решт, між дифузійним і дрейфовим струмами встановлюється динамічна рівновага і перетікання зарядів припиняється.