Vad är en kvantbrunn?
En kvantbrunn används för att begränsa elektroner vid specifika energinivåer. Kvantbrunnar består av en extremt tunn halvledare med ett litet bandgap och vilar mellan material med ett större bandgap. De är extremt små, vanligtvis mellan 1 och 20 nanometer. De används oftast i laserdioder och infraröd avbildning.
Detta väl använder egenskaperna för elektronbeteende och bandgap för att fungera. Bandgap är områden i en elektrons omlopp mellan marktillståndet, där elektroner vilar normalt, och ledningsbandet, högre energiorbitaler elektroner flyttar till när de är upphetsade. Klyftan är hinder mellan marktillståndsbanden och ledningsband, som hindrar elektronerna från att nå ledningsbandet utan att få mer energi än de har gjort i sina markstater. Ju större bandgapet är, desto mer energi är nödvändig för elektronerna att hoppa detta gap och nå ledningsbandet.
När elektronen når ledningsbandet släpper det ut överskottetenergi och faller tillbaka i sitt marktillstånd. Genom att placera en mikroskopiskt tunn halvledare mellan material med bandgap för brett för att elektroner lätt kan hoppa, kan forskare tvinga elektronerna att stanna kvar i det tvådimensionella området i den tunna halvledaren. Fångst av 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 tillverkarens 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 är i läsningslasrarna i kompakta skivor (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 graferas. När kvantbrunnar är pictuRöd på energi kontra positionsgrafer, de ser 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 minimum, fast mängd energi som ska produceras.
odlat, snarare än skapat, är en kvantbrunn vanligtvis tillverkad av material som galliumarsenid omgiven av aluminiumarsenid. Brunnar odlas, oftast, av en process som kallas molekylär strålepitaxi, som använder en effusionscell för att skjuta molekyler i ämnet vid ett basämne. Denna metod skapar ett enda atomlager av brunnmaterialet med varje bränning av cellen.