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Desde 1963 hasta hoy: ¿Cómo Quantum Wells cambió la tecnología de semiconductores?
Antecedentes históricos de los pozos cuánticosEn 1963, Herbert Kroemer, Zhores Alferov y R.F. Kazarinov propusieron independientemente el concepto de pozo cuántico.
La realización de la tecnología de pozos cuánticos comenzó en 1970, cuando los científicos Esaki y Tsu desarrollaron con éxito pozos cuánticos de semiconductores y diseñaron superredes sintéticas por primera vez. Proponen que las heteroestructuras formadas alternando capas delgadas de semiconductores con diferentes bandas de energía deberían exhibir propiedades interesantes y prácticas. El desarrollo de dispositivos de pozo cuántico se ha acelerado con los avances en la tecnología de crecimiento de cristales, lo que ha permitido un mejor control sobre la pureza y el número de defectos en los dispositivos semiconductores.
La tecnología de pozos cuánticos continúa atrayendo la atención de la comunidad científica y es reconocida por las contribuciones ganadoras del Premio Nobel de Zhores Alferov y Herbert Kroemer. Los dispositivos semiconductores que crearon utilizando estructuras de pozos cuánticos allanaron el camino para avances en la producción y eficiencia de muchos componentes modernos, incluidos diodos emisores de luz (LED) y transistores, que ahora están integrados en nuestros teléfonos celulares, computadoras y todo tipo de dispositivos. . dispositivo informático.
Tecnología para fabricar pozos cuánticos
Los pozos cuánticos se forman intercalando un material semiconductor, como el arseniuro de galio, entre dos capas de un material con una banda de energía mayor, como el arseniuro de aluminio. Estas estructuras se pueden cultivar mediante técnicas de epitaxia de haz molecular (MBE) o deposición química de vapor (CVD), con un control preciso hasta el nivel de capa única. Las películas metálicas delgadas también pueden soportar estados de pozo cuántico, especialmente superposiciones metálicas delgadas, que brindan ideas novedosas para el diseño y la producción de dispositivos de pozo cuántico.Descripción y descripción general de los pozos cuánticosExisten tres enfoques principales para el crecimiento de sistemas de materiales de pozos cuánticos: adaptación de redes, equilibrio de tensiones y sistemas de tensiones.
Un sistema de pozo cuántico simple puede utilizar dos capas de semiconductores con una banda prohibida grande (como AlGaAs) intercaladas con una capa de semiconductor con una banda prohibida más pequeña (como GaAs). Este cambio en la banda de energía forma un pozo de potencial y atrapa algunos portadores de baja energía en este pozo. Esto permite que los electrones y los huecos tengan estados de energía estrechos y discretos dentro del pozo, lo que es fundamental para el diseño futuro de dispositivos semiconductores basados en energía.
Los portadores en un pozo cuántico pueden describirse como partículas en una caja.
Propiedades físicas de los pozos cuánticos
Los pozos cuánticos y los dispositivos de pozos cuánticos, como una rama de la física del estado sólido, continúan siendo estudiados y explorados. Su teoría se basa en los resultados de múltiples campos como la física cuántica, la física estadística y la electrodinámica. En el modelo de pozo de potencial infinito, se supone que la pared del pozo de potencial es infinita, pero el pozo cuántico real generalmente tiene una energía de sólo unos pocos cientos de milielectronvoltios. Esto demuestra que existe un control preciso sobre el ancho del material del pozo cuántico, lo cual es crucial para la ingeniería de banda prohibida.
El desarrollo de pozos cuánticos no sólo es un avance en la ciencia y la tecnología, sino también la clave para promover la aplicación de semiconductores modernos. A medida que esta tecnología continúa innovando, no podemos evitar preguntarnos: ¿cómo afectará la futura tecnología de pozos cuánticos a nuestros estilos de vida y al progreso tecnológico?
