Quantentopf: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 2. Oktober 2019, 21:59 Uhr

Skizze eines Quantentopfes. In ein Halbleitermaterial mit großem Abstand zwischen Valenzband

{\textstyle E_{\text{V}}}

Leitungsband

{\textstyle E_{\text{L}}}

ist Schicht der Dicke

{\textstyle d}

von Halbleitermaterial 2 eingebettet. Es ergeben sich diskrete Energieniveaus.

Unter einem Quantentopf (englisch quantum well) versteht man einen Potentialverlauf, der die Bewegungsfreiheit eines Teilchens in einer Raumdimension einschränkt (üblicherweise in z-Richtung), so dass nur eine planare Region (x,y-Ebene) besetzt werden kann. Die Breite des Quantentopfes bestimmt maßgeblich die quantenmechanischen Zustände, die das Teilchen einnehmen kann. Dies führt insbesondere zur Ausbildung von Energieniveaus (Sub-Bändern), d. h., das Teilchen kann nur diskrete (potentielle) Energiewerte annehmen.

Herstellung

In der Halbleitertechnologie werden Quantentöpfe hergestellt, indem eine Schicht eines Halbleiters geringerer Bandlücke (z. B. GaAs) zwischen zwei Schichten eines Halbleiters größerer Bandlücke (z. B. AlGaAs) eingebettet wird. Aus diesem Grund wird die so entstehende Struktur oft auch als Quantenfilm bezeichnet. Ein weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung solcher Strukturen ist die Molekularstrahlepitaxie, die Schichtdickenkontrolle bis in den Bereich von Einzelschichten (engl. {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value)) ermöglicht. Um gute Schichtqualitäten zu erreichen, ist unter anderem zu beachten, dass die verwendeten Materialien gitterkompatibel sind, d. h., eine hinreichend ähnliche Kristallstruktur (u. a. Gitterkonstante) aufweisen.

Anwendungen

Aufgrund der zweidimensionalen Natur des Quantentopfs weisen die Elektronen und Löcher darin eine andere Zustandsdichte auf als im dreidimensionalen Kristall. Durch gezieltes Dotieren können (hochbewegliche) zweidimensionale Elektronensysteme gezüchtet werden, die Anwendungen z. B. in HEMTs (engl. high-electron-mobility transistor) finden. Weitere Anwendungen sind z. B. der Quanten-Kaskaden-Laser, Diodenlaser oder Quantentopf-Infrarot-Photodetektor.

Siehe auch

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-[[Bild:Inf-QW.svg|thumb|Quantentopf mit unendlich hohen Wänden]]
+[[Datei:Skizze Quantum well.svg|mini|Skizze eines Quantentopfes. In ein Halbleitermaterial mit großem Abstand zwischen Valenzband <math display="inline">E_\text{V}</math>Leitungsband <math display="inline">E_\text{L}</math> ist Schicht der Dicke <math display="inline">d</math> von Halbleitermaterial 2 eingebettet. Es ergeben sich diskrete Energieniveaus.]]
 Unter einem '''Quantentopf''' ({{enS|''quantum well''}}) versteht man einen Potentialverlauf, der die Bewegungsfreiheit eines Teilchens in einer Raumdimension einschränkt (üblicherweise in z-Richtung), so dass nur eine planare Region (x,y-Ebene) besetzt werden kann. Die Breite des Quantentopfes bestimmt maßgeblich die [[Quantenmechanik|quantenmechanischen]] Zustände, die das Teilchen einnehmen kann. Dies führt insbesondere zur Ausbildung von [[Energieniveau]]s (Sub-Bändern), d.&nbsp;h., das Teilchen kann nur diskrete (potentielle) Energiewerte annehmen.
 == Herstellung ==
-In der [[Halbleiter]]technologie werden Quantentöpfe hergestellt, indem eine Schicht eines [[Halbleiter]]s geringerer [[Bandlücke]] (z.&nbsp;B. [[GaAs]]) zwischen zwei Schichten eines Halbleiters größerer Bandlücke (z.&nbsp;B. [[AlGaAs]]) eingebettet wird. Aus diesem Grund wird die so entstehende Struktur oft auch als '''Quantenfilm'''<!--redirect--> bezeichnet. Ein weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung solcher Strukturen ist die [[Molekularstrahlepitaxie]], die Schichtdickenkontrolle bis in den Bereich von [[Monolage|Einzelschichten]] (engl. {{lang|en|''monolayer''}}) ermöglicht. Um gute Schichtqualitäten zu erreichen, ist unter anderem zu beachten, dass die verwendeten Materialien [[Kristallgitter|gitter]]kompatibel sind, d.&nbsp;h., eine hinreichend ähnliche [[Kristallstruktur]] (u.&nbsp;a. [[Gitterkonstante]]) aufweisen.
+In der [[Halbleiter]]technologie werden Quantentöpfe hergestellt, indem eine Schicht eines Halbleiters geringerer [[Bandlücke]] (z.&nbsp;B. [[GaAs]]) zwischen zwei Schichten eines Halbleiters größerer Bandlücke (z.&nbsp;B. [[AlGaAs]]) eingebettet wird. Aus diesem Grund wird die so entstehende Struktur oft auch als '''Quantenfilm'''<!--redirect--> bezeichnet. Ein weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung solcher Strukturen ist die [[Molekularstrahlepitaxie]], die Schichtdickenkontrolle bis in den Bereich von [[Monolage|Einzelschichten]] (engl. {{lang|en|''monolayer''}}) ermöglicht. Um gute Schichtqualitäten zu erreichen, ist unter anderem zu beachten, dass die verwendeten Materialien [[Kristallgitter|gitter]]kompatibel sind, d.&nbsp;h., eine hinreichend ähnliche [[Kristallstruktur]] (u.&nbsp;a. [[Gitterkonstante]]) aufweisen.
 == Anwendungen ==