имального значення при таких напружених, коли енергія електронів дорівнює енергії дискретного рівня. При більш високих напругах енергія налітаючих електронів стане більше енергії дискретного рівня і тунельна прозорість бар'єру зменшиться. При цьому струм також зменшиться. На вольт-амперної характеристиці буде ділянка негативного диференціального опору. Завдяки цьому в електронних схемах резонансний діод може використовуватися не тільки як випрямляч, але й виконувати найрізноманітніші функції. Якщо до центральної області резонансного діода підвести контакт, через який можна управляти положенням дискретного рівня, вийде новий прилад - транзистор.
Резонансний тунельний діод - це перше реальне пристрій з квантовою ямою і бар'єрами. Він був створений Лео Есаки і Чангом в 1974 році. Ідею приладу запропонував Л. Йогансен ще 1963 року.
Лазери на квантових ямах.
Квантові структури використовуються для створення лазерів. Вже сьогодні ефективні лазерні пристрої на квантових ямах дійшли до ринку і застосовуються у волоконно-оптичних лініях зв'язку. Для роботи будь-якого лазера необхідно створити інверсно населеність енергетичних рівнів. Тобто, на більш високому рівні має перебувати більше електронів, ніж на низькому, в той час як в стані теплової рівноваги ситуація зворотна. Кожному лазеру необхідний оптичний резонатор або система дзеркал, яка замикає електромагнітне випромінювання в робочому обсязі.
Для того щоб квантову яму перетворити на лазер, потрібно її під'єднати до двох контактів, через які електрони можуть безперервно надходити в робочу область. Хай через один контакт електрони надходять у зону провідності. Далі, здійснюючи стрибки із зони провідності у валентну зону, вони будуть випромінювати кванти, тобто порції електромагнітного випромінювання (Рис. 3). Потім через валентну зону носії струму повинні йти на інший контакт.
В
Рис. 3 - Енергетична схема лазера на квантовій ямі інший контакт
Частота випромінювання визначається умовою (4),
де і - енергії перших енергетичних рівнів відповідно в зоні провідності і валентної зоні, E g - ширина забороненої зони.
Електромагнітне випромінювання, що генерується лазером, потрібно сконцентрувати в центральній, робочої області приладу. Для цього показник заломлення внутрішніх шарів повинен бути більше, ніж зовнішніх. Внутрішня область відіграє роль хвилеводу. На кордонах цього хвилеводу нанесені дзеркала, які утворюють резонатор. p> Лазери на квантових ямах володіють перевагами в порівнянні з звичайними напівпровідниковими лазерами. Ці прилади можна перебудовувати, керуючи параметрами енергетичного спектру. Так, при зменшенні розмірів ями мінімальні енергії електронів в зоні
провідності і у валентній зоні збільшуються і, відповідно до формул (3) і (4), частота, що генерується лазером, зростає. Підбираючи товщину квантової ями, можна домогтися, щоб загасання хвилі в оптичній лінії зв'язку, в яку надходить випромінювання, було мінімальним. Лазери на квантових структурах дуже економні, вони харчуються меншим струмом, ніж інші напівпровідникові лазери, і дають більше світла на одиницю споживаної енергії - до 60% електричної потужності перетвориться в світло.
Глава 2. Квантові дроту, нитки
2.1 Квантові дроту
Квантовими дротами називають структури товщиною всього в один атом. Фахівці з дослідного центру IBM Н.Д. Ланг і П. Авуріс виконали теоретичний розрахунок провідності квантової дроту, що складається з атомів вуглецю. Згідно їх обчисленням, провідність квантового дроту при збільшенні її довжини змінюється монотонно, а коливається. Вона досягає максимумів для дроту, складається з парного числа атомів, оскільки в цьому випадку більше число допустимих електронних станів. У Японії. Х. Оніші і його колеги з Токіо створили квантову дріт з атомів золота між голкою скануючого тунельного мікроскопа і поверхнею золотого зразка. При збільшенні відстані між голкою і поверхнею дріт стає довше і тонше. Провідність дроту при її розтягуванні змінювалася стрибками на квантову одиницю провідності 2e 2 /h. Таке ж стрибкоподібне зміна провідності спостерігалося й в університеті Лейдена (Нідерланди). Створена там квантова дріт являла собою мікроскопічний міст між двома кінцями надламаної золотого дроту.
2.2 Особливості квантових дротів
Одним з найбільш важливих наслідків отримання одновимірних балістичних каналів всередині гетероструктур GaAs-AGaAs і кремнієвих сверхрешеток стало виявлення квантування провідності в залежності від напруги на затворі, керуючого шириною квантової дроту (рис. 4, а), яке проявляється у вигляді серії плато одновимірної провідності, розділених ступенями величиною g s g v e 2 /h; де g s і g v - спіновий і долинний фактори відповідно. Зростання напруги на затвор...
