Кванттық өлшемді құрылымдардағы жарық шағылуының спектрін модельдеу

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 65 бет
Таңдаулыға:

ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

ФИЗИКА-ТЕХНИкалық ФАКУЛЬТЕТІ

қатты дене физикасы және бейсызық физика кафедрасы

МАГИСТЕРЛІК ДИССЕРТАЦИЯ

КВАНТТЫҚ ӨЛШЕМДІ ҚҰРЫЛЫМДАРДАҒЫ ЖАРЫҚ ШАҒЫЛУЫНЫҢ СПЕКТРІН МОДЕЛЬДЕУ

6M071900 -«Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар»

Орындаған Туленов А. А. “ “ 2015 ж.

Ғылыми жетекшісі

ф. -м. ғ. к., Гревцева Т. Ю. “ “ 2015 ж.

Қорғауға рұқсат етті:

Кафедра меңгерушісі

ф. -м. ғ. д, профессор Приходько О. Ю. ““ 2015 ж.

Нормабақылаушы

PhD докторы Асанов Г. С. “ “ 2015 ж.

Алматы 2015

Түйіндеме

Беттер саны - 71, суреттер саны - 49, пайдаланылған әдебиеттер саны - 32.

Кілт сөздер

Кванттық нүкте, кванттық жіп, оптикалық жұтылу коэффициенті, оптикалық шағылу коэффициенті, оптикалық өткізу коэффициенті, нанокластер, фрактал, экситон.

Зерттеу нысаны

Зерттеу нысаны шала өткізгішті жұқа қабықшалар болып табылады.

Зерттеу жұмысының мақсаты

Кванттық - өлшемдік құрылымға ие жартылай өткізгіш қабықшалар фотонының шағылу спектрін және осы қабықшалар бетінің морфологиясын зерттеуге арналған.

Зерттеу әдістері

Жарық шағылу спектрін жартылай өткізгіш нанокластерлік жартылай өткізгіш қабықшалар мен олардың морфологиясын зерттеу бойынша әдебиеттерге шолу жеткілікті түрде жасалған. Бұл еңбекте алынған негізгі нәтиже - шағылу спектрлері моделдерін және жартылай өткізгіш нанокластерлік беттерінің морфологиясын бейсызықтық физиканың әдістері негізінде Matlab ортасындағы компьютерлік моделдеудің көмегімен жасалуы және алынған теориялық нәтижелердің сәйкес тәжірибелік мәліметтермен салыстырылуы.

Алынған нәтижелер

Кванттық - өлшемдік құрылымға ие шағылу спектрлері мен зерттеліп отырған беттерінің моделдері алынған.

Зерттеу жұмысының ғылыми жаңалығы

Зерттеудің өзектілігі жартылай өткізгіш кванттық - өлшемдік құрылымдарды зерттеу қазіргі уақытта наноэлектроникадағы маңызды әрі үміт күттірерлік бағыттың бірі болып табылатынында.

Қолдану аясы

Берілген жұмыста көрсетілген нәтижелер, наноқұрылымды шала өткізгіштердің оптикалық қасиеттерін ары карай зерттеуге және оптоэлектронды аспаптарда жетілдіруге мүмкіндік береді.

Резюме

Количество страниц - 71, количество иллюстраций - 49, количество использованных источников - 32.

Ключевые слова

Квантовая точка, квантовые нити, коэффициент оптического поглощения, коэффициент оптического отражения, коэффициент оптического пропускания, нанокластеры, фрактал, экситон.

Объект исследования

Объектом исследований являются полупроводниковые тонкие пленки.

Цель работы

Посвящена исследованию спектров отражения фотонов от полупроводниковых пленок, содержащих квантово-размерные структуры, а также изучению морфологии поверхностей этих пленок.

Методы исследования

В достаточной мере приведен обзор литературы по исследованию спектров отражения света от поверхностей полупроводниковых нанокластерных полупроводниковых пленок и их морфологии. Основной результат, полученный в настоящей работе - моделиспектров отражения и морфологии нанокластерных полупроводниковых поверхностейна основе методов нелинейной физики при помощи компьютерного моделирования в среде Matlab, а также сопоставление полученных теоретических результатов с соответствующими экспериментальными данными.

Полученные результаты

Получены модели поверхностей исследуемых пленок и спектров отражения от квантово-размерных структур.

Новизна работы

Актуальность исследования заключается в том, что изучение полупроводниковых квантово-размерных структур в настоящее время является одним из важнейших и перспективных направлений в наноэлектронике.

Область применения

Результаты настоящей работы могут быть применены для дальнейшего исследования оптических свойств наноструктурированных полупроводников, усовершенствования оптоэлектронных приборов.

ABSTRACT

Number of Pages - 71, number of illustrations - 49, number of used sources - 32.

Keywords

Quantum dot, quantum wires, the optical absorption coefficient, the coefficient of the optical reflection coefficient of optical transmission, Nanoclusters, fractal, and exciton.

Object of research

Semiconductor thin films.

Objective

Devoted to the study of the reflection spectra of photons from semiconductor films containing quantum-dimensional structures as well as studying the surface morphology of the films.

Research methods

Under reviewed papers reflected sufficiently an overview of the literature on the spectra of light from the surface of the semiconductor Nanocluster semiconductor films and their morphology. The main result obtained in this paper - reflection of model spectrum and the morphology of semiconductor Nanocluster surfaces on the basis of nonlinear physics with the help of computer modeling in Matlab and comparison of the theoretical results with the corresponding experimental data.

Obtained results

Obtained the model of studied film surfaces and reflectance spectra of the quantum-well structures.

The novelty of the work

The relevance of the study is that the study of semiconductor quantum-dimensional structures is now one of the most important and promising areas in Nanoelectronics.

Area of application

The results of this work can be used for further study of the optical properties of nanostructure semiconductors, improvements of optoelectronic devices.

МАЗМҰНЫ

ГЛОССАРИЙ5

КIРIСПE7

1 ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ8

1. 1 Жартылай өткізгіштер8

1. 1. 1 Жартылай өткізгіштердің түрлері9

1. 1. 2 Алыну әдістері10

1. 1. 3 Жартылай өткізгіштерді қолдану11

1. 2 Наноқұрылымдар11

1. 2. 1 Кванттық нүктелер12

1. 2. 2 Кванттық нүктені алу әдістері14

1. 2. 3 Кванттық нүктерлердің қолданылуы15

1. 3 Нанотүтік (көміртек) 20

1. 3. 1 Көміртек нанотүтіктерінің қасиеттері22

1. 3. 2 Нанотүтіктерді қолдану24

1. 4 Фракталдар26

1. 5 Жартылай өткізгіштердің оптикалық қасиеттері28

2 НАНОҚҰРЫЛЫМДЫҚ ЖАРТЫЛАЙ ӨТКІЗГІШ ҚАБЫҚШАЛАРДЫ ТӘЖІРИБЕЛІК ЗЕРТТЕУ36

3 ЗЕРТТЕУДІҢ ТЕОРИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ54

3. 1 Өзұқсастық және өзаффиндік жиынтықтың фракталды өлшемділігі54

3. 2 Наноқұрылымдық жартылай өткізгіш қабықшалардың морфологиялық бетін моделдеу55

3. 3. Жұтылу мен шағылу фотондарын сипаттауға арналған флуктуациондық-диссипациондық арақатынас56

4 САНДЫҚ ТАЛДАУДЫҢ НӘТИЖЕСІ61

ҚОРЫТЫНДЫ68

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ69

ГЛОССАРИЙ

Жартылай өткізгіш - металл мен диэлектриктердің салыстырмалы электр өткізгіштік диапазонының арасында орналасқан, салыстырмалы электр өткізгіштік мәнімен сипатталатын заттардың үлкен классы.

Кванттық жіп - қуатты тасымалдаушылардың қозғалысы екі бағытта шектелгендіктен, энергиясы кванттық сипатта болатын жартылай өткізгіш құрылымдар.

Фрактал- масштабтың әрбір кішірейген кезінде тура сол фрагмент қайталана беретін геометриялық фигура.

Экситон - электрон жұптарының байланысқан қалпы - жартылай өткізгіштердегі кемтіктер, олар массаның немесе электр қуатының тасымалынсыз-ақ байланысқан.

Аймағы тік емес жартылай өткізгіш - валенттік аймақтың төбесі мен аймақтың түбі кеңістікте толқындық векторлармен таратылған жартылай өткізгіш.

Кванттық нүкте - кванттық эффектілерді көрсетуге арналған наноөлшемдері бар, барлық үш кеңістік координаттары бойынша шектелген жартылай өткізгіштің бөлшегі.

Нанокластерлер - аморфты немесе поликристаллдық наноқұрылымы бар нанобөлшектің бір түрі, мұнда бір сипаттық өлшемнің мәні 1-10 нм шамасында болады.

Жарықтың комбинациялық шашырауы - сәулелену жиілігінің өзгерісімен бірге жүретін оптикалық сәулеленудің заттар молекуласында (қатты, сұйық немесе газ тәрізді) әлсіз шашырауы.

КIРIСПE

Соңғы жылдары наноқұрылымдық жартылай өткізгіш қабықшаларының қолданылу аясының кеңеюіне байланысты олардың физикалық қасиеттерін өлшеу қазіргі физиканың орталық мәселесіне айналды. Наноқұрылымдық жартылай өткізгіштер жылдам жұмыс істейтін есептеуіш техниканы, оптоэлектрониканың, фотониканың жаңа тиімді құралдарын жасауда және дамытуда үмітті материал болып табылады. Наноқұрылымдық жартылай өткізгіштердің маңызды жетістігі сол - олардың геометриялық өлшемі мен конфигурациясын өзгерту арқылы жүйенің қасиеттерін басқаруға болады. Құрылымның параметрлерін басқарудың, бәрінен бұрын қуатты тасымалдаушылар мен фонондардың энергетикалық спектрін және наноқұрылымдардың оптикалық қасиеттерін басқарудың кең мүмкіндіктері ашылады. Мұндай жүйелерде бір жағынан қашықтық тәртібі болмайды, яғни микрокөлемдегі атомдар қатаң кезекпен орналасады, екінші жағынан, жақындық тәртібі болады, яғни кез келген атом үшін жақын көршісінің координаты ретті таралады. Наножүйелер тепе-тең жүйелер болып есептелмейді, бұл олардың бетінің күрделі рельефіне байланысты. Қабықша бетінің морфологиясын зерттеу тәжірибесі көрсеткендей, бұл жүйелердің құрылымы - нанокластерлік. Бұл құрылым өзі тәріздес иерархиялық, масштабты - инвариантты, яғни фракталді болады.

Осы еңбекте компьютерлік модельдеу әдістерінің негізімен наноқұрылымдық жартылай өткізгіштердің бетінің морфологиясы, оптикалық құбылыс, оптикалық жұтылу, фотолюминесенция, рамандық шашырау зерттелген. Зерттеу жұмыстары наноқұрылымдық жартылай өткізгіштердегі физикалық құбылыстарды сипаттау үшін динамикалық хаос теориясын және сызықтық емес физикалық әдістерді қолданған. Алынған теориялық нәтижелер сәйкес тәжірибелік мәліметтерге сай келеді.

1 ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ 1. 1 Жартылай өткізгіштер

Жартылай өткізгіштер - (10 ⁶ - 10 ⁴ Ом ^-1 см ^-1 ) металлдары мен (10 ^-8 - 10 ^-12 Ом ^-1 см ^-1 ) диэлектриктің салыстырмалы электр өткізгіштік диапазоны аралығында жатқан салыстырмалы электр өткізгіштік мәнімен сипатталатын заттардың үлкен классы. Яғни жартылай өткізгіштер диэлектриктерге(олар жақсы айырғыштар емес) де металлдарға (электр тоғын жақсы өткізгіштер емес) да жатпайды. Жартылай өткізгіштер маңызды ерекшелігі - түрлі әсерлердің ықпалымен (температура, жарық, электр және магниттік өріс, сыртқы гидростатикалық қысым) кең шамада өз қасиеттерін өзгерте алуы. Мұндай әсерлердің ықпалымен жартылай өткізгіштің қасиеттері қатты өзгереді (мысалы, электр өткізгіштік 10 ⁶ -10 ⁷ есе өзгеруі мүмкін) . Жартылай өткізгіштердің тура осы қасиеті олардың кең қолданысқа түсуіне мүмкіндік берді. Түрлі жартылай өткізгіш материалдардың негізінде түрлі жартылай өткізгіш құралдар жасалды. Табиғатта жартылай өткізгіштер элементтер түрінде ұшырасады (Менделеев периодтық жүйесінің IV, V және VI топ элементтері), мысалы Si, Ge, As, Se, Те және химиялық байланыстар, оксидтер, сульфидтер, селенидтер, түрлі топ элементтерінің қортпасы.

Көп уақыт бойы жартылай өткізгіштер ғалымдар мен инженерлердің назарына ілікпеді. Жартылай өткізгіштердің физикалық қасиеттерін жүйелі түрде зерттеп бастаған - кеңес ғалымы Абрам Федорович Иоффе. Ол жартылай өткізгіштердің көптеген қасиеттерге ие кристалдардың ерекше классы екенін анықтады:

Температура өскен сайын жартылай өткізгіштердің салыстырмалы кедергісі азаяды, ол жарық және күшті электр өрістерінің әсерімен температураның өсуіне байланысты салыстырмалы кедергісі артатын металдардан өзгеше болады.
Екі жартылай өткізгіштердің контактіні бір жақты өткізу қасиеті. Тура осы қасиеті түрлі жартылай өткізгіш құраладарды жасау кезінде пайдаланылады: диодтар, транзисторлар, тиристорлар және т. б.
Жарық және қыздыру кезіндегі түрлі жартылай өткізгіштердің контактісі фото-э. д. с. немесе термо-э. д. с. -нің қайнар көзі болып табылады.

Жартылай өткізгіштер материалдардың ерекше классы ретінде 19 ғ. соңында белгілі болғанына қарамастан, кванттық теорияның дамуы ғана диэлектр, жартылай өткізгіш және металдарың ерекшеліктерін түсінуге көмектесті (Уилсон, АҚШ, 1931) . Оған дейін жартылай өткізгіштердің металл контактісінде тоқты түзету сияқты маңызды қасиеттері белгілі болды - жартылай өткізгіш, фотоөткізгіштік, т. б. Олардың негізінде алғашқы құралдар жасалды.

ЛосевО. В. жартылай өткізгіш контактілердің тербелісті күшейту мен генерация үшін қолдану мүмкіндігін дәлелдеді - кристалдық детекторлары. Алайда келесі жылдары кристалдық детекторларды электронды шамдар ығыстырып шығарды. 50-жылдардың басында ғана транзистік эффектінің ашылуымен (Бардин, Браттейн, Шокли, АҚШ, 1948) жартылай өткізгіштерді радиоэлектроникада қолдану кең етек алды. Сонымен бірге жартылай өткізгіштердің физикасын зерттеу басталды, ол кристалдарды тазарту және қоспалау технологияларындағы жетістіктерге жол ашты [1] .

1. 1. 1 Жартылай өткізгіштердің түрлері

а) Жеке өткізгіштік.

Кристалдар құралған бос электрондар мен «кемтіктер» атомдардың иондануы нәтижесінде туындаса, мұндай жартылай өткізгіштерді жеке өткізгіштігі бар жартылай өткізгіштер деп атайды. Жеке өткізгіштігі бар жартылай өткізгіштерде бос электрондар концентарциясы «кемтіктердің» концентрациясына тең болады.

б) Аралас өткізгіштік.

Аралас жартылай өткізгіштік жартылай өткізгіштерде қоспаның бар болуына байланысты.

Аралас орталықтар мыналар болуы мүмкін:

жартылай өткізгіштердің торына енгізілген химиялық элементтердің атомдары мен иондары; түйін аралық торларға енгізілген артық атомдар мен иондар; түрлі текті басқа дефектілер мен кристалл тордағы бұрмаланулар: кристаллдардың деформациясы әсерінен туындайтын бос түйіндер, жарықтар, және қозғалулар т. б.

Қоспалардың концентрациясын өлшеу арқылы қандай да бір белгідегі зарядты тасымалдаушылардың санын айтарлықтай көбейтуге болады және не оң, не теріс қуатталған артықшылығы бар концентрациялы жартылай өткізгіштер жасауға болады.

Өткізгіштік түріне байланысты:

а) Электронды жартылай өткізгіштер (n-типтегі) .

«n-тип» деген термин «negative» сөзінен шығады, ол негізгі тасымалдаушылардың теріс қуатын білдіреді. Төртвалентті жартылай өткізгіштерге (мысалы, кремний) бесвалентті жартылай өткізгіштердің қоспасын қосады. Әрекеттесу үдерісінда қоспаның әрбір атомы кремний атомдарымен бірге ковалентті байланысқа түседі. Алайда күшәла атомының бесінші электронына қаныққан валентті байланыстарда орын жоқ, ол алыс электронды қабықшаға көшеді. Онда электронның атомнан бөлінуі үшін аз мөлшердегі энергия керек. Электрон бөлініп, еркінге айналады. Берілген жағдайда қуаттың берілуі кемтік емес, электрон арқылы жүзеге асады, яғни жартылай өткізгіштің осы түрі электр тоғын металлдар тәрізді өткізеді. Жартылай өткізгіштерге қосылатын қоспалар n-типті жартылай өткізгіштерге айналады және олар донор деп аталады.

Сурет1. 1 -n - типті жартылай өткізгіш

б) Кемтік жартылай өткізгіштер (р-типті) .

«p-тип» термині «positive» сөзінен шыққан, ол негізгі тасымалдаушылардың оң қуатын білдіреді. Жартылай өткізгіштің бұл түрі, қоспа негізден басқа, өткізгіштіктің табиғи тесігімен сипатталады. Төртвалентті жартылай өткізгіштерге (мысалы, кремний) үшвалентті элементтің атомдарының аздаған мөлшерін қосады (мысалы, индий) . Қоспаның әрбір атомы көрші кремнийдің атомдарымен ковалентті байланысқа түседі. Кремнийдің төрт атомымен байланыс жасау үшін индийде валентті электрон жоқ, сондықтан ол кремнийдің көршілес атомдары арасындағы ковалентті байланыстан валентті электрон алады және теріс қуатталған ион болады, кемтік осының әсерінен пайда болады. Осы жағдайда қосылатын қоспалар акцепторлар деп аталады.

Сурет1. 2 -р - типті жартылай өткізгіш

1. 1. 2 Алыну әдістері

Жартылай өткізгіш монокристалл материалдарды созудың анағұрлым кең тараған әдісі - балқытпадан Чохральскийдің (монокристаллдарды өсіру) әдісі бойынша созу. Бұл әдіспен A _III B _V , A _II B _VI , A _IV B _VI және т. б. типтерді байланыстыра отырып Ge, Si монокристалдарын созады.

Жартылай өткізгіш материалдардан сәйкес тығыздығы бар және балқытпаның бетінің кермесі бар монокристалдарды созу үшін бестигельді аймақтық балқыту әдісін қолданады. Бұл әдіс Si монокристалын алу технологиясында кең қолданыс тапты, мұның салыстырмалы тығыздығы төмен және балқытпаның бетінің кермесі айтарлықтай жоғары. Балқытпаның контейнер қабырғасымен байланысы болмауы осы әдіс арқылы анағұрлым таза монокристалдарды алуға мүмкіндік береді. Кеш балқитын ірітілетін жартылай өткізгіш байланыстардан (мысалы, CdS, ZnS, SiC, AlN және т. б. ) монокристалдар алу үшін газдық фазадағы кристаллизацияны қолданады (сублимация және химиялық тасымалдау реакциясы әдісі) . Түрлі геометриялы, құрылымы кең варияциялы жіңішке және өте жіңішке бірқабатты және көпқабатты құрылымнан және өткір шегі р-n-өткелді және гетероөткелді ұзартылған қабаттан беті және қалыңдықтың электрофизикалық қасиеттерін алу мүмкіндігі эпитаксальды ұзартудың микроэлектроникада және интегралды оптикада, практикада үлкен және тез жұмыс істейтін интегралды сызбаларды және оптоэлектронды құрылғыларды жасауда кең қолданылуына әкелді.

1. 1. 3 Жартылай өткізгіштерді қолдану

Жартылай өткізгіш материалдардың көп қолданылатын саласы - электроника. Жартылай өткізгіш материалдар Si негізінде жасалатын үлкен және өте үлкен интегралды жүйенің негізін құрайды. Жылдам әрекет ету мен қажетті қуатты азайтудың әрі қарайғы өсуі GaAs, InP негізінде және олардың қатты балқытпаларымен А _III В _V типті басқа байланыстардың негізінде интегралды сызба жасауға байлананысты. Үлкен масштабта жартылай өткізгіш материалдарды «қуаттық» жартылай өткізгіш аспаптарды (вентиль, тиристор, қуаттық транзистор) жасауға қолданады. Мұнда негізгі материал тағы да Si, ал аймақтағы жоғары жұмыс температураларының қозғалысы GaAs, SiC және басқа кең аймақтық жартылай өткізгіш материалдарды қолданумен байланысты. Әр жыл сайын жартылай өткізгіш материалдарды күн энергетикасында қолдану кеңейе түсуде. Күн батареяларын жасауда негізгі материалдар Si, GaAs, Ga _x Al _1-x As/GaAs, Cu ₂ S/CdS гетеорқұрылымдары болып табылады.

Жартылай өткізгіш материалдарды жартылай өткізгіш лазер мен жарық диодтарын жасауға қолданады. Лазерді тікаймақтық A _III B _V , A _II B _IV , A _IV B _VI типті байланыстардың негізінде жасайды. Жартылай өткізгіш материалдар кең спектрлі диапазонға арналған заманауи оптикалық сәулелену құралдарының (фотоқабылдағыш) негізін құрайды. Жартылай өткізгіш лазерлер мен фотоқабылдағыш талшық - оптикалық сызықтық байланысты құраушы элементтік база. Жартылай өткізгіш материалдар түрлі АЖЖ аспаптарды (биополярлы және өрістік транзистор, «ыстық»электорндардағы транзистрлер, т. б. ) жасау үшін қолданылады. Жартылай өткізгіш материалдардың басқа да қолданылатын салалары: ядролық сәулелену детекторы (өте таза Ge, Si, GaAs, CdTe және т. б. ), жасау (висмут пен ссүрменің теллуриді мен селениді), тензодатчиктер, сезімталдығы жоғары термометрлер, магниттік өрістің датчигі және т. б. [2] .

1. 2 Наноқұрылымдар

Наноқұрылымдар - өлшемдері жүз нанометрге дейінгі аралықта жатқан атомдар түзілімі. Наноқұрылымдар қатты денелердің түрлі квазибөлшектері - электрондар, кемтіктер, фонон және т. б. таралған потенциалды шұңқырлар ретінде де қарастырылуы мүмкін. Наноқұрылымдар дегенде шығу тегі табиғи және жасанды наноөлшемдік объектілерді айтады, олардың қасиеттері құрылымдық элементтердің өлшемімен ғана емес, олардың кеңістікте біртұтас орналасуына байланысты. Наноқұрылымдардың өлшемдері бірден жүз нанометрге дейін болады. Наноқұрылымдардағы кеңістіктік әркелкілік аймағында потенциалды шұңқырлар маңызды рөл ойнайды, оларға түрлі қатты денелердің квазибөлшектері - электрондар, кемтіктер, фонодар және т. б. топтастырылады. Квазибөлшектердің тоқтатудың кеңістік аймақтағы сызықтық өлшемдері олардың еркін жүру ұзындығынан кем болса, қызық жағдай орын алады. Мұндай кездерде өлшемдік кванттау эффекті туындайды - квазибөлшектердің рұқсат етілген энергия аймақтары бір немесе екі өлшеу кезінде (кваттық шұңқырлар және кванттық жіп) квазибөлшектер аймақтар астына және үш өлшем кезінде өлшемдердің кішірею деңгейі дискреттік деңгейлерге (кванттық нүкте) ажырайды.

Квазибөлшектердің қозғалысы бір бағытпен шектелген жүйелер кванттық шұңқырлар, екі бағытта шектелген кванттық жіп (немесе кванттық сым), үш бағытта шектелген - кванттық нүкте деп аталады [1, 3] .

(а) (ә) (б)

(а) - үстіңгі тор, (ә) - кванттық сым, (б) -кванттық нүкте

Сурет1. 3 -Наноқұрылымдардың типтері

1. 2. 1 Кванттық нүктелер

Кванттық нүктелер - кванттық эффектілерді көрсетуга арналған наноөлшемдері бар үш кеңістіктік координаттармен шектелген жартылай өткізгіштің бөлшегі. Кванттық нүктелерді жасау үшін үшөлшемді потенциалдық шұңқыр керек, мұнда қуатты тасымалдаушылар үш координат бойынша тыйым салады. Үшөлшемді потенциалды шұңқырдың жасалуын GaAs мен AlGaAs арасындағы гетероауысу кезінде жартылай өткізгіштерді қолдану кезінде байқаймыз.

Сурет1. 4 - Тыйым салынған аймақтары әр түрлі енде болып келетін жартылай өткізгіштер арасында гетероауысудың түзілуі

GaAs аймағындағы валенттік аймақтың электрондары потенциалды баспалдақтың болуына байланысты AlGaAs аймағына түсе алмайды. GaAs - AlGaAs гетероауысу аймағындағы электрондар екіөлшемді электронды газ түзеді.

Егер тағы бір гетероауысу қосса, онда электрондардың қозғалысы барлық кеңістік координаттарымен шектелген кванттық шұңқыр алуға болады. Олар үшін жалғыз еркін деңгей энергия квантын жұту арқылы өткізу аймағына секіру және қайтадан кванттық сәулемен оралу, яғни мұнда кванттық нүкте пайда болады.

Сурет 1. 5 -Екі жартылай өткізгіштердің шегінде орналасқан екіөлшемді электронды газда пайда болған кванттық нүктелер

Сурет1. 6 - Тыйым салынған аймағы анағұрлым кең жасалған екі жартылайөткізгіш арасында орналасқан, жартылай өткізгіштің жіңішке тыйым салу аймағында пайда болған кванттық шұңқыр

Сурет 1. 7-Тыйым салынған аймағының ені әр түрлі болатын жартылай өткізгіштер арасында пайда болған кванттық шұңқыр

Кванттық нүкте үшін материал ретіндеGaAs басқа түрлі заттардың орасан зор мөлшері қолданылады, солардың ішінде CdSe, ZnSe, CdTe, CdS, ZnS, InAs, Siжәне т. б.

1. 2. 2 Кванттық нүктені алу әдістері

Кванттық нүктелерді жасаудың бірнеше әдісі бар:

а) Молекулалық - сәулелік эпитаксия әдісі. Бұл әдіс арқылы кванттық нүктені өте таза салымдардан ұзартуға болады. Терең вакуум жағдайында салымға арнайы дайындалған көздерден булану арқылы алынған атомдар мен молекула ағымдарын жібереді. Егер қайнар көз ретінде әр түрлі ендіктегі тыйым салынған аймақтардағы заттарды қолданса, онда салымды «пирамидаға» ұқсас етіп ұзартуға болады.