Словарь нанотехнологий
Квантовая яма

Квантовая яма

Термин

квантовая яма

Термин на английском

quantum well

Связанные термины

гетероструктура полупроводниковая, квантовая проволока, квантовая точка, эпитаксия молекулярно-лучевая, метод

Определение

тонкий плоский слой полупроводникового материала (обычно толщиной 1-10 нм) внутри которого потенциальная энергия электрона ниже чем за его пределами, таким образом, движение электрона ограничено двумя измерениями. Движение в направлении перпендикулярном плоскости квантовой ямы квантуется, и его энергия может принимать лишь некоторые дискретные значения.

Описание

Простейшая квантовая структура, в которой движение электрона ограничено в одном направлении, - это тонкая пленка или просто достаточно тонкий слой полупроводника. Именно на тонких пленках полуметалла висмута и полупроводника InSb впервые наблюдались эффекты размерного квантования. Сейчас квантовые структуры изготавливают иначе. Для этого используются так называемые гетероструктуры, которые получаются при создании контактов полупроводников с различной шириной запрещенной зоны. Тонкий слой полупроводника с узкой запрещенной зоной помещается между двумя слоями материала с более широкой запрещенной зоной. В результате электрон оказывается запертым в одном направлении, в то же время в двух других направлениях движение электрона будет свободным.

Для изготовления подобных структур разработано несколько совершенных технологических процессов, однако наилучшие результаты в приготовлении квантовых гетероструктур достигнуты с помощью метода молекулярно-лучевой эпитаксии. Гетероструктуры можно выращивать из различных материалов, однако наиболее удачной парой для выращивания квантовых ям являются арсенид галлия GaAs и твердый раствор Al_xGa_1-xAs (x = 0.15 - 0.35).

В настоящее время квантовые ямы успешно используются для создания лазеров.

В 2000 году академик Ж.И. Алферов получил Нобелевскую премию за развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной оптоэлектроники.

Авторы

• Зайцев Дмитрий Дмитриевич, к.х.н.
• Саранин Александр Александрович, д.ф.-м.н.

Ссылки

1. Демиховский В.Я. Квантовые ямы, нити, точки. Что это такое? // Соросовский образовательный журнал - № 5, 1997 - С. 80-86.

Иллюстрации

Рис. 2. Структура квантовой ямы.

Рис. 1. Схематическое изображение квантовой ямы.  Квантовая яма может быть рассмотрена как одномерная потенциальная яма для квантовой частицы, в которой движение частицы ограничено двумя измерениями. Характерной особенностью движения квантовой частицы в квантовой яме является то, что набор возможных (разрешенных) значений её энергии дискретен. Это проявляется в случае, если размер ямы a достаточно мал и соизмерим с длиной волны де-Бройля квантовой частицы.  По оси ординат отложена энергия квантовой частицы, по оси абсцисс - ее координата; ширина квантовой ямы - a; E1...En - набор дискретных значений энергии квантовой частицы.

Разделы

Полупроводниковые наногетероструктуры (квантовые точки и квантовые проволоки на основе двумерного электронного газа)

Твердотельные гибридные и гетероструктуры на основе полупроводников, металлов и магнетиков

Нанокристаллы и наночастицы (в том числе квантовые точки)