51. Квантовые точки
Квантовая точка - фрагмент проводника или полупроводника, носители заряда которого ограничены в пространстве по всем трём измерениям. Размер квантовой точки должен быть настолько мал, чтобы квантовые эффекты были существенными. Это достигается, если кинетическая энергия электрона заметно больше всех других энергетических масштабов: в первую очередь большие температуры, выраженной в энергетических единицах.
Квантовые точки были впервые получены в 1981-м году Алексеем Екимовым в стеклянной матрице.
Энергетический
спектр квантовой точки дискретен, и
расстояние между
стационарными
уровнями энергии носителя заряда зависит
от размера квантовой точки как
(где
— приведённая
постоянная
Планка, d
— характерный
размер точки,
m
—
эффективная
масса электрона
на точке). Вследствие этого электронные
и оптические свойства квантовых точек
занимают промежуточное положение между
объёмным полупроводником и дискретной
молекулой.
Возможное применение квантовых точек: полевые транзисторы, фотоэлементы, лазерные диоды.
Проще говоря, квантовая точка — это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его размера и формы. Чем меньше размер кристалла, тем больше расстояние между энергетическими уровнями. Например, при переходе электрона на энергетический уровень ниже, испускается фотон; так как мы можем регулировать размер квантовой точки, то мы можем изменять энергию испускаемого фотона, а значит, мы можем изменять цвет испускаемого квантовой точкой света. Основное преимущество квантовой точки заключается в возможности высокоточного контроля над её размером, это делает возможным очень точный контроль над проводимостью. Квантовые точки разных размеров могут быть собраны в градиентные многослойные нанопленки.
Существует два главных метода создания квантовых точек:
1. Синтез в коллоиде, при котором вещества смешиваются в растворе.
Примером таких методов является выращивание квантовых точек из пересыщенного раствора в стеклянной матрице. Процесс формирования зародышей кристаллов в этом методе определяется диффузией полупроводниковых атомов к центрам роста. Вначале рост зародышей со временем будет монотонным и размеры их будут различны, но затем, когда пересыщение раствора уменьшится, начнется перераспределение атомов между зародышами, приводящее к выравниванию их размеров.
2. Эпитаксия — метод выращивания кристаллов на поверхности подложки.
На начальной стадии роста подобной структуры, когда количество осаждаемых атомов полупроводника на подложку еще недостаточно для ее полного покрытия, они образуют на подложке отдельные островки. Под влиянием упругих напряжений на гетерогранице и сил поверхностного натяжения на внешних поверхностях островков, все они имеют одинаковые размеры, обычно в несколько нанометров, и образуют периодическую решетку на поверхности подложки. Если ширина запрещенной зоны полупроводника этих островков меньше ширины запрещенной зоны подложки, островки представляют собой квантовые точки
52. Квантовые шнуры
Квантовые шнуры (проволоки, нити)– это одномерные (1D) структуры. В отличие от квантовых пленок, они имеют не один, а два нанометровых размера, в направлении которых и действует эффект квантового ограничения. Носители заряда могут свободно двигаться только в одном направлении – вдоль оси шнура. Таким образом, вклад в энергию носителя заряда дают кинетическая составляющая вдоль одного направления и квантованные значения в двух других направлениях.
