едставляє собою стоячу хвилю, від кордонів матеріалу.
Малюнок 2 - Схематичне зображення енергетичного спектру електронної підсистеми наноструктури
На перший погляд може здатися, що відмінність між об'ємними і квантово-розмірними матеріалами чисто кількісне. Однак такий висновок буде абсолютно невірним. Дійсно, фізичні властивості об'ємних матеріалів практично не залежать від їх розміру і форми. Зокрема дискретність енергетичного спектра їх власних збуджень ніяк експериментально не проявляється. Зовсім інакше йде справа з квантово-розмірними структурами, в яких не тільки енергетичні спектри, але взаємодія елементарних збуджень один з одним і з зовнішніми полями залежить від розміру і форми структури.
Серед низькорозмірних структур можна виділити три елементарні структури. Це квантові ями, квантові нитки і квантові точки (малюнок 3). Ці елементарні структури являють собою кристалічний матеріал, просторово обмежений в одному, двох і трьох вимірах. Для виготовлення наноструктур використовують всілякі напівпровідникові сполуки, а також напівпровідники четвертої групи Si і Ge.
Малюнок 3 - Квантові ями (a), квантові нитки (b), квантові точки (c)
Просторове обмеження або конфайнмент призводить до того, що енергетичний спектр об'ємного матеріалу трансформується.
Зонні спектри розщеплюються на підзони розмірного квантування для квантових ям і ниток і на дискретні рівні для квантових точок (малюнок 4). В результаті, в щільності станів низьковимірних систем виникають характерні особливості (малюнок 5).
Малюнок 4 - Трансформація енергетичного спектру елементарних наноструктур
Малюнок 5 - Щільність станів елементарних наноструктур
На малюнку 6 представлені зображення реальних елементарних наноструктур, отримані за допомогою електронного мікроскопа.
Малюнок 6 - Зображення (зліва направо) квантової нитки, квантової точки CdS в SiO 2, квантової точки InAs в GaAs, отримані за допомогою просвічує електронного мікроскопа
З елементарних наноструктур можна побудувати складні наноструктури, наприклад, багатошарові квантові ями і надрешітки (рис. 7), одномірні і двовимірні масиви квантових ниток або двовимірні і тривимірні масиви квантових точок (рис. 8).
Малюнок 7 - Зображення багатошарової структури з квантових ям, отримане за допомогою просвічує електронного мікроскопа
Рисунок 8 - Зображення (зліва направо) двовимірного і тривимірного масиву квантових точок, отримані за допомогою просвічує електронного мікроскопа
Наявність розмірних залежностей параметрів наноструктур неодноразово підтверджувалося експериментально і, насамперед, оптичними методами. Ще в 1962 році Сандомирський передбачив, що край фундаментального поглинання світла в тонких плівках кристалів повинен зміщуватися в синю область спектра при зменшенні їх товщини L z відповідно до формули
Питання про перший експериментальному спостереженні ефекту розмірного квантування залишається відкритим. Ймовірно, що такі спостереження були зроблені досить давно, але цілеспрямоване вивчення цього ефекту починається саме в 60 роки [8,9].
1.3 Методи отримання квантово-розмірних структур
Молекулярно-променева епітаксії
Молекулярно-пучкова епітаксії або молекулярно-променева епітаксії (MBE - Molecular Beam Epitaxy) являє собою вдосконалену різновид методу термічного напилення матеріалів в умовах надвисокого вакууму. Метод MBE дозволяє вирощувати гетероструктури заданої товщини з моноатомной гладкими гетерограніцамі і з заданим профілем легування. В установках MBE є можливість досліджувати якість плівок «in situ» (тобто прямо в ростовий камері під час росту). Для процесу епітаксії необхідні спеціальні добре очищені підкладки з атомарногладкой поверхнею.
Ідею методу MBE можна пояснити за допомогою блок-схеми технологічної установки, зображеної на малюнку 10. Потоки атомів або молекул створюються в зоні генерації (I) за рахунок випаровування рідких або сублімації твердих матеріалів, поміщених в еффузіонние осередку (джерела). Еффузіонная осередок - це циліндричний або конічний тигель, на виході якого є круглий отвір (діафрагма). Для виготовлення тиглів часто використовують пиролитический графіт високої чистоти або нітрид бору BN. Потоки атомів (молекул) направляються на підкладку, проходячи зону змішування (II), і осідають на ній в зоні росту (III), утворюючи плівку з речовини необхідного складу. Зону...
