Что такое квантовый колодец?

Квантовая яма используется для удержания электронов на определенных уровнях энергии. Квантовые ямы состоят из чрезвычайно тонкого полупроводника с небольшой шириной запрещенной зоны, расположенной между материалами с большей шириной запрещенной зоны. Они очень маленькие, обычно от 1 до 20 нанометров. Они чаще всего используются в лазерных диодах и инфракрасных изображениях.

Это хорошо использует свойства поведения электронов и запрещенных зон для работы. Зоны запрещенной зоны - это области на орбитали электрона между основным состоянием, где электроны покоятся нормально, и зоной проводимости, куда движутся электроны с более высокой энергией, когда они возбуждены. Зазоры являются барьерами между зонами основного состояния и зонами проводимости, которые не позволяют электронам достигать зоны проводимости, не получая больше энергии, чем они имеют в своих основных состояниях. Чем больше ширина запрещенной зоны, тем больше энергии необходимо электронам, чтобы преодолеть эту щель и достичь зоны проводимости.

Как только электрон достигает зоны проводимости, он высвобождает избыточную энергию и возвращается в основное состояние. Поместив микроскопически тонкий полупроводник между материалами с шириной запрещенной зоны, чтобы электроны не могли легко прыгать, ученые могут заставить электроны оставаться в двумерной области тонкого полупроводника. Улавливание электронов таким образом позволяет осуществлять определенные энергетические манипуляции.

Поскольку электроны могут двигаться только в двух направлениях, они могут производить только тот тип энергии, который желает ученый или производитель. Эта энергия также сосредоточена в чрезвычайно узком потоке. Благодаря этому фокусу квантовые ямы создают точные лазеры для оптических устройств. Хорошо известным примером квантовой ямы являются лазеры считывания в проигрывателях компакт-дисков (CD).

Квантовые скважины названы «скважинами» не только из-за их поведения захвата электронов, подобно тому, как скважина будет удерживать воду, но также из-за их внешнего вида при захвате. Когда квантовые ямы изображены на графиках зависимости энергии от положения, они выглядят как глубокие долины или ямы, часто в прямоугольной форме. Квантовая яма - это тип потенциальной ямы, означающий, что существует потенциал для минимального, фиксированного количества энергии, которое должно быть произведено.

Выращенная, а не создаваемая квантовая яма обычно изготавливается из материала, такого как арсенид галлия, в окружении арсенида алюминия. Колодцы, чаще всего, выращиваются с помощью процесса, называемого молекулярно-лучевой эпитаксией, в котором используется эффузионная ячейка для отстрела молекул вещества в основном веществе. Этот метод создает один атомный слой материала скважины с каждым обжигом ячейки.