Language
Country/Area
No result found
Dal 1963 ad oggi: come Quantum Wells ha cambiato la tecnologia dei semiconduttori?
La tecnologia dei pozzi quantistici ha attraversato decenni di sviluppo e ricerca da quando è stata proposta per la prima volta nel 1963 ed è diventata una base importante per la moderna tecnologia dei semiconduttori. Un pozzo quantistico è un pozzo potenziale con solo valori energetici discreti. Questa struttura può limitare il movimento delle particelle, consentendo loro di muoversi in due dimensioni invece di muoversi liberamente in tre dimensioni. Il progresso di questa tecnologia non solo promuove la ricerca nella comunità scientifica, ma rivoluziona anche la tecnologia dei semiconduttori, influenzando così la nostra vita quotidiana.
Nel 1963, Herbert Kroemer, Zhores Alferov e R.F Kazarinov proposero indipendentemente il concetto di pozzi quantistici.
Contesto storico dei pozzi quantistici
La realizzazione della tecnologia dei pozzi quantistici è iniziata nel 1970, quando gli scienziati Esaki e Tsu svilupparono con successo pozzi quantici semiconduttori e progettarono per la prima volta un superreticolo sintetico. Propongono che le eterostrutture formate alternando sottili strati di semiconduttori di diverse bande energetiche dovrebbero mostrare proprietà interessanti e pratiche. Con il progresso della tecnologia di crescita dei cristalli, anche lo sviluppo di dispositivi a pozzo quantico ha subito un’accelerazione. Questi progressi tecnologici hanno consentito un migliore controllo della purezza e del numero di difetti nelle apparecchiature a semiconduttore.
La tecnologia dei pozzi quantistici continua ad attirare l'attenzione della comunità scientifica ed è rinomata per i suoi contributi al Premio Nobel a Zhores Alferov e Herbert Kroemer. I dispositivi semiconduttori da loro creati utilizzando strutture a pozzo quantico hanno aperto la strada a progressi nella produzione e nell’efficienza di molti componenti moderni, tra cui diodi emettitori di luce (LED) e vari transistor, tecnologie che ora sono integrate nei nostri telefoni cellulari, computer e vari altri dispositivi. dispositivi.
Tecnologia per la produzione di pozzi quantistici
I pozzi quantici si formano inserendo un determinato materiale semiconduttore, come l'arseniuro di gallio, tra due strati di un materiale con una banda energetica più ampia, come l'arseniuro di alluminio. Tali strutture possono essere coltivate utilizzando tecniche di epitassia a fascio molecolare (MBE) o deposizione chimica in fase vapore (CVD) che possono essere controllate fino a un singolo strato. I film metallici sottili possono anche supportare gli stati dei pozzi quantistici, in particolare le sovrapposizioni metalliche sottili, che forniscono nuove idee per la progettazione e la produzione di dispositivi per pozzi quantistici.
Esistono tre metodi principali per far crescere i sistemi materiali dei pozzi quantistici: adattamento del reticolo, bilanciamento della deformazione e sistemi di deformazione.
Descrizione e panoramica dei pozzi quantistici
Un semplice sistema a pozzo quantico può utilizzare due strati di un semiconduttore con un ampio gap energetico (come AlGaAs) che racchiudono uno strato di un semiconduttore con un gap energetico più piccolo (come GaAs). Questo cambiamento nella banda energetica forma un pozzo potenziale e intrappola alcuni vettori a bassa energia in questo pozzo. Ciò consente agli elettroni e alle lacune di avere stati energetici discreti e ristretti nel pozzo, il che è fondamentale per l'ulteriore progettazione di dispositivi a semiconduttore basati sull'energia.
I portatori in un pozzo quantistico possono essere descritti come se si trovassero in uno stato simile alle particelle in una scatola.
Proprietà fisiche dei pozzi quantistici
I pozzi quantistici e i relativi dispositivi, come branca della fisica dello stato solido, continuano a essere studiati ed esplorati. La sua teoria si basa su risultati in molteplici campi come la fisica quantistica, la fisica statistica e l’elettrodinamica. Nel modello del pozzo potenziale infinito, si presuppone che le pareti del pozzo potenziale siano infinite, ma i pozzi quantistici effettivi generalmente hanno energie solo di poche centinaia di millielettronvolt. Ciò dimostra che la larghezza del materiale del pozzo quantico può essere controllata con precisione, il che è fondamentale per l’ingegneria del band gap.
Lo sviluppo dei pozzi quantistici non rappresenta solo un progresso nella scienza e nella tecnologia, ma anche la chiave per promuovere le moderne applicazioni dei semiconduttori. Poiché questa tecnologia continua a innovarsi, non possiamo fare a meno di chiederci: in che modo la futura tecnologia dei pozzi quantistici modellerà il nostro stile di vita e il progresso tecnologico?
