Vad är ett kvantbrunn?
En kvantbrunn används för att begränsa elektroner vid specifika energinivåer. Kvantbrunnar består av en extremt tunn halvledare med ett litet bandgap som vilar mellan material med ett större bandgap. De är extremt små, vanligtvis mellan 1 och 20 nanometer. De används oftast vid laserdioder och infraröd avbildning.
Detta väl använder egenskaperna hos elektronbeteende och bandgap för att fungera. Bandgap är områden i en elektrons kretslopp mellan marktillståndet, där elektroner vilar normalt, och ledningsbandet, elektroner med högre energi orbital rör sig till när de är upphetsade. Spalterna är barriärer mellan marktillståndsbanden och ledningsband, som förhindrar att elektronerna når ledningsbandet utan att få mer energi än de har i sina marktillstånd. Ju större bandgapet är, desto mer energi krävs för att elektronerna hoppar detta gap och når ledningsbandet.
När elektronen når ledningsbandet frigör den sin överskottsenergi och faller tillbaka i sitt marktillstånd. Genom att placera en mikroskopiskt tunn halvledare mellan material med bandgap för breda för att elektroner ska hoppa lätt, kan forskare tvinga elektronerna att stanna kvar i det tvådimensionella området hos den tunna halvledaren. Att fånga elektroner på detta sätt möjliggör specifik energimanipulation.
Eftersom elektronerna bara kan röra sig i två riktningar kan de bara producera den typ av energi som forskaren eller tillverkaren önskar. Denna energi är också fokuserad i en extremt smal ström. På grund av detta fokus skapar kvantbrunnar exakta lasrar för optiska enheter. Ett välkänt exempel på en kvantbrunn finns i läslasrarna i CD-spelare.
Kvantbrunnar kallas "brunnar" inte bara på grund av deras beteende att fånga elektroner som en brunn skulle fånga vatten, utan också på grund av deras utseende när de visas i diagram. När kvantbrunnar är avbildade på energi kontra positionsdiagram, ser de ut som djupa dalar eller brunnar, ofta i en rektangulär form. En kvantbrunn är en typ av potentiell brunn, vilket innebär att det finns en potential för en minimal, fast mängd energi som ska produceras.
Odlade, snarare än skapade, är en kvantbrunn vanligtvis gjord av material som galliumarsenid omgiven av aluminiumarsenid. Brunnar odlas ofta genom en process som kallas molekylstrålepitaxi, som använder en effusionscell för att skjuta molekyler av ämnet vid en basämne. Denna metod skapar ett enda atomskikt av brunnsmaterialet med varje avfyrning av cellen.