Два гетероперехода обмежують рух електрона з двох сторін і як би утворюють потенційну яму.
Рис. 1. Енергетичні зони на кордоні двох напівпровідників - гетероструктурі. Ec і Eu - межі зони провідності і валентної зони, Eg - ширина забороненої зони. Електрон з енергією менше Ec2 може знаходитися тільки праворуч від кордону
. Квантові ями
квантовий молекулярний епітаксії нитка
Таким способом і створюють квантові ями, поміщаючи тонкий шар напівпровідника з вузькою забороненою зоною між двома шарами матеріалу з більш широкою забороненою зоною. У результаті електрон виявляється замкненим в одному напрямку, що і призводить до квантування енергії <# «120» src=«doc_zip2.jpg» />
Рис. 2. Квантова яма, сформована в шарі напівпровідника з вузькою забороненою зоною, укладеному між двома напівпровідниками, що володіють більш широкою забороненою зоною
Для виготовлення подібних структур розроблено декілька досконалих технологічних процесів, однак найкращі результати у приготуванні квантових структур досягнуті за допомогою методу молекулярно-променевої епітаксії. Для того щоб за допомогою цього методу виростити тонкий шар напівпровідника, потрібно направити потік атомів або молекул на ретельно очищену підкладку. Кілька потоків атомів, які виходять випаровуванням речовини з окремих нагрітих джерел, одночасно летять на підкладку. Щоб уникнути забруднення, вирощування структури виробляють в глибокому вакуумі. Весь процес управляється комп'ютером, хімічний склад і кристалічна структура вирощуваного шару контролюються в процесі росту. Метод молекулярно-променевої епітаксії дозволяє вирощувати вчинені монокристалічні шари товщиною всього кілька періодів решітки.
Надзвичайно важливо, щоб періоди кристалічних граток двох сусідніх шарів, що мають різний хімічний склад, були майже однаковими. Тоді шари будуть точно слідувати один за одним і кристалічна решітка вирощеної структури не буде містити дефектів. За допомогою методу молекулярно-променевої епітаксії можна отримати дуже різку (з точністю до моношару) межу між двома сусідніми шарами, причому поверхня виходить гладкою на атомному рівні. Квантові структури можна вирощувати з різних матеріалів, однак найбільш вдалою парою для вирощування квантових ям є напівпровідник GaAs - арсенід галію і твердий розчин AlxGa1-xAs, в якому частина атомів галію заміщена атомами алюмінію. Величина x - це частка атомів галію, заміщених атомами алюмінію, зазвичай вона змінюється в межах від 0,15 до 0,35. Ширина забороненої зони в арсеніді галію становить 1,5 еВ, а в твердому розчині AlxGa1-xAs вона зростає з ростом x. Так, при x=1, тобто в поєднанні AlAs, ширина забороненої зони дорівнює 2,2 еВ. Щоб виростити квантову яму, необхідно під час росту міняти хімічний склад атомів, що летять на зростаючий шар. Спочатку потрібно виростити шар напівпровідника з широкою забороненою зоною, тобто AlxGa1-xAs, потім шар вузькозонних матеріалу GaAs і, нарешті, знову шар AlxGa1-xAs. У ній знаходяться тільки два дискретних рівня, а хвильові функції на кордоні ями не звертаються в нуль. Значить, електрон можна виявити і за межами ями, в області, де повна енергія менше потенційної. Звичайно, такого не може бути в класичній фізиці, а в квантовій фізиці це можливо.
. Квантові точки
Квантової точкою (КТ) може вважатися буд...
