Language
Country/Area
No result found
من عام 1963 إلى اليوم: كيف غيّرت الآبار الكمومية تكنولوجيا أشباه الموصلات؟
منذ أن تم اقتراحها لأول مرة في عام 1963، خضعت تقنية الآبار الكمية لعقود من التطوير والبحث وأصبحت أساسًا مهمًا لتقنية أشباه الموصلات الحديثة. البئر الكمي هو بئر محتمل بقيم طاقة منفصلة فقط. يمكن لهذا الهيكل تقييد حركة الجسيمات، مما يسمح لها بالتحرك في بعدين بدلاً من التحرك بحرية في ثلاثة أبعاد. ولم يساهم هذا التقدم التكنولوجي في تعزيز البحث العلمي في المجتمع العلمي فحسب، بل مكّن أيضًا من الابتكار في تكنولوجيا أشباه الموصلات، مما أثر بالتالي على حياتنا اليومية.
في عام 1963، اقترح هربرت كرويمر وزوريس ألفيروف و ر.ف. كازارينوف بشكل مستقل مفهوم البئر الكمومي.
الخلفية التاريخية لـ Quantum Wells
بدأ تحقيق تقنية الآبار الكمية في عام 1970، عندما نجح العالمان إساكي وتسو في تطوير آبار كمية أشباه الموصلات وتصميم شبكات فائقة اصطناعية لأول مرة. يقترحون أن الهياكل غير المتجانسة التي تتشكل من طبقات رقيقة متناوبة من أشباه الموصلات ذات نطاقات طاقة مختلفة يجب أن تظهر خصائص مثيرة للاهتمام وعملية. تسارعت وتيرة تطوير أجهزة الآبار الكمية مع التقدم في تكنولوجيا نمو البلورات، مما مكن من التحكم بشكل أفضل في نقاء وعدد العيوب في أجهزة أشباه الموصلات.
تستمر تقنية الآبار الكمية في جذب انتباه المجتمع العلمي وتشتهر بمساهماتها الحائزة على جائزة نوبل من قبل زوريس ألفيروف وهربرت كرويمر. مهدت الأجهزة شبه الموصلة التي ابتكروها باستخدام هياكل الآبار الكمومية الطريق للتقدم في إنتاج وكفاءة العديد من المكونات الحديثة، بما في ذلك الثنائيات الباعثة للضوء (LED) والترانزستورات، والتي أصبحت الآن مدمجة في هواتفنا المحمولة وأجهزة الكمبيوتر وجميع أنواع الأجهزة. . جهاز حاسوبي.تكنولوجيا تصنيع الآبار الكمومية
تتشكل الآبار الكمية عن طريق وضع مادة شبه موصلة، مثل زرنيخيد الغاليوم، بين طبقتين من مادة ذات نطاق طاقة أكبر، مثل زرنيخيد الألومنيوم. يمكن تنمية مثل هذه الهياكل عن طريق تقنيات الترسيب الشعاعي الجزيئي (MBE) أو الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)، مع التحكم الدقيق حتى مستوى الطبقة الفردية. يمكن للأغشية المعدنية الرقيقة أيضًا دعم حالات الآبار الكمية، وخاصةً طبقات المعدن الرقيقة، والتي توفر أفكارًا جديدة لتصميم وإنتاج أجهزة الآبار الكمية.
هناك ثلاثة طرق رئيسية لنمو أنظمة المواد الكمومية: مطابقة الشبكة، وتوازن الضغط، وأنظمة الضغط.
وصف ونظرة عامة على الآبار الكمومية
يمكن لنظام بئر كمي بسيط استخدام طبقتين من أشباه الموصلات ذات فجوة نطاق كبيرة (مثل AlGaAs) محاطة بطبقة من أشباه الموصلات ذات فجوة نطاق أصغر (مثل GaAs). يؤدي هذا التغيير في نطاق الطاقة إلى تشكيل بئر محتمل ويحبس بعض الناقلات ذات الطاقة المنخفضة في هذا البئر. وهذا يسمح للإلكترونات والثقوب بالحصول على حالات طاقة ضيقة ومنفصلة داخل البئر، وهو أمر بالغ الأهمية لمزيد من تصميم أجهزة أشباه الموصلات المعتمدة على الطاقة.
يمكن وصف الناقلات في البئر الكمومي بأنها تشبه الجسيمات الموجودة في صندوق.
الخصائص الفيزيائية للآبار الكمومية
تستمر دراسة واستكشاف الآبار الكمية وأجهزة الآبار الكمية، باعتبارها فرعًا من فروع فيزياء الحالة الصلبة. وتعتمد نظريتها على نتائج مجالات متعددة مثل الفيزياء الكمومية والفيزياء الإحصائية والديناميكا الكهربائية. في نموذج البئر ذات الإمكانات اللانهائية، يُفترض أن يكون جدار البئر ذات الإمكانات لانهائيًا، ولكن البئر الكمومية الفعلية عادةً ما يكون لها طاقة تبلغ بضع مئات من ملي إلكترون فولت فقط. يوضح هذا أن هناك سيطرة دقيقة على عرض مادة البئر الكمومية، وهو أمر بالغ الأهمية لهندسة فجوة النطاق.
إن تطوير الآبار الكمية ليس تقدماً في العلوم والتكنولوجيا فحسب، بل هو أيضاً المفتاح لتعزيز تطبيق أشباه الموصلات الحديثة. ومع استمرار هذه التكنولوجيا في الابتكار، لا يسعنا إلا أن نسأل، كيف ستؤثر تكنولوجيا الآبار الكمية المستقبلية على أنماط حياتنا وتقدمنا التكنولوجي؟
