сессия - 2 / ФПЦП / lecture06_Timoshenko_Khokhlov
.pdf
Физика наноустройств. Устройства оптоэлектроники и наноэлектроники
Д.Р. Хохлов, В.Ю.Тимошенко
Физический факультет МГУ
Подходы к созданию 
наноустройств
Сверхрешетки
Квантовые ямы
Лазеры на гетеропереходах
Квантово-каскадные лазеры
Фотоприемники на квантовых ямах
Фотонные кристаллы
Квантовый эффект Холла
Одноэлектроника
Спинтроника
Суперпарамагнетизм
Устройства памяти
Основная идея
Ограничение размера кристалла существенно сказывается на его электрических, оптических и магнитных свойствах
Электрические, оптические и магнитные свойства определяются не только собственно материалом, но и его размерами и формой
«Квантовые ямы»
Ec
Si
Evol |
|
|
E well |
|
g |
|
|
g |
|
|
|
|
|
Ev |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
As |
GaAs |
As |
|
|
x-1 |
x-1 |
|
|
|
x |
|
x |
|
|
Ga |
|
Ga |
|
|
Al |
|
Al |
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
2 |
E |
E |
|
E |
|
E |
x, y |
|||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tot |
|
z |
|
|
|
x, y |
|
z |
|
2m |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|||
Важно: |
|
E |
z |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Следовательно: |
E |
|
E |
внутри ямы |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
tot |
|
c |
|
|
Аналогично для валентной зоны
Тогда Egvol Egwell
Спектры оптического поглощения
|
|
Поглощение пропорционально |
||
α |
|
плотности состояний |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
EvolEwell
g g E
“Band gap engineering”
Изменяя параметры квантовой ямы (ширину, высоту, форму) можно изменять расположение уровней размерного квантования
Если есть несколько квантовых ям, то можно добиваться появления эффектов, нехарактерных для исходного материала
Как создать сверхрешетку?
Ec
Ev
As |
GaAs |
As |
GaAs |
As |
GaAs |
As |
x-1 |
x-1 |
x-1 |
x-1 |
|||
x |
|
x |
|
x |
|
x |
Ga |
|
Ga |
|
Ga |
|
Ga |
Al |
|
Al |
|
Al |
|
Al |
|
|
|
|
|
|
|
БОльший период создается изменением состава
Характерные размеры
~10 нм
Требования к контролю толщины ~ 1 нм
Альтернативный подход
Создание «динамической сверхрешетки» путем воздания волны плотности вещества – мощным ультразвуком
Проблема – частоты должны быть очень высокими – 1010-1012 Гц
Примеры использования
Ec
Si
E |
well |
|
g |
||
|
Ev
|
As |
GaAs |
As |
|
|
x-1 |
x-1 |
|
|
|
x |
|
x |
|
|
Ga |
|
Ga |
|
|
Al |
|
Al |
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
Лазеры на двумерных гетероструктурах
Излучение происходит
при энергии кванта |
E |
well |
|
g |
|||
|
|
которая зависит от параметров квантовой ямы
Квантово-каскадные лазеры
Ec
Приложение электрического поля
Каскадная генерация излучения Длина волны – до 30 мкм
Ec