หลุมควอนตัมถูกใช้เพื่อ จำกัด อิเล็กตรอนที่ระดับพลังงานเฉพาะ หลุมควอนตัมประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์ที่บางมากและมีช่องว่างแถบเล็ก ๆ วางอยู่ระหว่างวัสดุที่มีช่องว่างของวงดนตรีที่ใหญ่กว่า พวกมันมีขนาดเล็กมากโดยปกติจะอยู่ระหว่าง 1 ถึง 20 นาโนเมตร มักใช้กับเลเซอร์ไดโอดและการถ่ายภาพอินฟราเรด
สิ่งนี้ใช้คุณสมบัติของพฤติกรรมของอิเล็กตรอนและช่องว่างของวงในการทำงาน ช่องว่างของแถบเป็นพื้นที่ในวงโคจรของอิเล็กตรอนระหว่างสถานะพื้นซึ่งอิเล็กตรอนจะพักตัวตามปกติและแถบการนำไฟฟ้าอิเล็กตรอนวงโคจรพลังงานที่สูงขึ้นจะเคลื่อนที่ไปเมื่อพวกเขาตื่นเต้น ช่องว่างเป็นอุปสรรคระหว่างแถบสถานะพื้นดินและแถบการนำซึ่งป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนมาถึงแถบการนำโดยไม่ได้รับพลังงานมากขึ้นกว่าที่พวกเขามีในรัฐพื้นดินของพวกเขา ยิ่งช่องว่างของวงดนตรีใหญ่ขึ้นเท่าไหร่พลังงานก็เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอิเล็กตรอนที่จะกระโดดข้ามช่องว่างนี้และไปยังวงนำ
เมื่ออิเล็กตรอนมาถึงแถบการนำไฟฟ้ามันจะปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมาและตกลงไปสู่สถานะพื้น ด้วยการวางเซมิคอนดักเตอร์แบบบางด้วยกล้องจุลทรรศน์ระหว่างวัสดุที่มีช่องว่างกว้างเกินไปสำหรับอิเล็กตรอนที่จะกระโดดได้ง่ายนักวิทยาศาสตร์สามารถบังคับให้อิเล็กตรอนอยู่ในพื้นที่สองมิติของเซมิคอนดักเตอร์ที่บาง การดักจับอิเล็กตรอนในลักษณะนี้จะช่วยในการจัดการพลังงานเฉพาะ
เนื่องจากอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ในสองทิศทางเท่านั้นจึงสามารถผลิตพลังงานชนิดที่นักวิทยาศาสตร์หรือผู้ผลิตต้องการเท่านั้น พลังงานนี้ยังเน้นในลำธารที่แคบมาก ด้วยการมุ่งเน้นนี้หลุมควอนตัมจึงสร้างเลเซอร์ที่แม่นยำสำหรับอุปกรณ์ออพติคอล ตัวอย่างที่รู้จักกันดีของหลุมควอนตัมคือเลเซอร์อ่านในเครื่องเล่นคอมแพคดิสก์ (CD)
หลุมควอนตัมมีชื่อว่า "หลุม" ไม่เพียงเพราะพฤติกรรมของการดักจับอิเล็กตรอนอย่างบ่อน้ำก็จะดักน้ำ แต่ยังเป็นเพราะรูปร่างหน้าตาของพวกเขาเมื่อกราฟ เมื่อภาพควอนตัมหลุมบนภาพพลังงานกับกราฟตำแหน่งพวกเขาดูเหมือนหุบเขาลึกหรือหลุมมักจะอยู่ในรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า หลุมควอนตัมเป็นหลุมที่มีศักยภาพประเภทหนึ่งซึ่งหมายความว่ามีศักยภาพสำหรับพลังงานขั้นต่ำและจำนวนคงที่ที่จะผลิต
เติบโตมากกว่าที่จะสร้างหลุมควอนตัมมักจะทำจากวัสดุเช่นแกลเลียม arsenide ล้อมรอบด้วย arsenide อลูมิเนียม ส่วนใหญ่แล้วจะปลูกโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่า epitaxy ลำแสงโมเลกุลซึ่งใช้เซลล์ปริมาตรเพื่อยิงโมเลกุลของสารที่สารฐาน วิธีนี้สร้างเลเยอร์อะตอมมิกชั้นเดียวของวัสดุหลุมที่มีการเผาของแต่ละเซลล์
