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低維半導(dǎo)體材料, 低維半導(dǎo)體材料是什么意思

2010年03月04日 10:31 www.solar-ruike.com.cn 作者:佚名 用戶評論(0
關(guān)鍵字:半導(dǎo)體材料(29080)

低維半導(dǎo)體材料, 低維半導(dǎo)體材料是什么意思

實(shí)際上這里說的低維半導(dǎo)體材料就是納米材料,之所以不愿意使用這個(gè)詞,主要是不想與現(xiàn)在熱炒的所謂的納米襯衣、納米啤酒瓶、納米洗衣機(jī)等混為一談!從本質(zhì)上看,發(fā)展納米科學(xué)技術(shù)的重要目的之一,就是人們能在原子、分子或者納米的尺度水平上來控制和制造功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的納米電子光電子器件和電路,納米生物傳感器件等,以造福人類??梢灶A(yù)料,納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用不僅將徹底改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活方式,也必將改變社會政治格局和戰(zhàn)爭的對抗形式。這也是為什么人們對發(fā)展納米半導(dǎo)體技術(shù)非常重視的原因。

電子在塊體材料里,在三個(gè)維度的方向上都可以自由運(yùn)動。但當(dāng)材料的特征尺寸在一個(gè)維度上比電子的平均自由程相比更小的時(shí)候,電子在這個(gè)方向上的運(yùn)動會受到限制,電子的能量不再是連續(xù)的,而是量子化的,我們稱這種材料為超晶格、量子阱材料。量子線材料就是電子只能沿著量子線方向自由運(yùn)動,另外兩個(gè)方向上受到限制;量子點(diǎn)材料是指在材料三個(gè)維度上的尺寸都要比電子的平均自由程小,電子在三個(gè)方向上都不能自由運(yùn)動,能量在三個(gè)方向上都是量子化的。

由于上述的原因,電子的態(tài)密度函數(shù)也發(fā)生了變化,塊體材料是拋物線,電子在這上面可以自由運(yùn)動;如果是量子點(diǎn)材料,它的態(tài)密度函數(shù)就像是單個(gè)的分子、原子那樣,完全是孤立的 函數(shù)分布,基于這個(gè)特點(diǎn),可制造功能強(qiáng)大的量子器件。

大規(guī)模集成電路的存儲器是靠大量電子的充放電實(shí)現(xiàn)的。大量電子的流動需要消耗很多能量導(dǎo)致芯片發(fā)熱,從而限制了集成度,如果采用單個(gè)電子或幾個(gè)電子做成的存儲器,不但集成度可以提高,而且功耗問題也可以解決。目前的激光器效率不高,因?yàn)榧す馄鞯牟ㄩL隨著溫度變化,一般來說隨著溫度增高波長要紅移,所以現(xiàn)在光纖通信用的激光器都要控制溫度。如果能用量子點(diǎn)激光器代替現(xiàn)有的量子阱激光器,這些問題就可迎刃而解了。

基于GaAs和InP基的超晶格、量子阱材料已經(jīng)發(fā)展得很成熟,廣泛地應(yīng)用于光通信、移動通訊、微波通訊的領(lǐng)域。量子級聯(lián)激光器是一個(gè)單極器件,是近十多年才發(fā)展起來的一種新型中、遠(yuǎn)紅外光源,在自由空間通信、紅外對抗和遙控化學(xué)傳感等方面有著重要應(yīng)用前景。它對MBE制備工藝要求很高,整個(gè)器件結(jié)構(gòu)幾百到上千層,每層的厚度都要控制在零點(diǎn)幾個(gè)納米的精度,中國在此領(lǐng)域做出了國際先進(jìn)水平的成果;又如多有源區(qū)帶間量子隧穿輸運(yùn)和光耦合量子阱激光器,它具有量子效率高、功率大和光束質(zhì)量好的特點(diǎn),中國已有很好的研究基礎(chǔ);在量子點(diǎn)(線)材料和量子點(diǎn)激光器等研究方面也取得了令國際同行矚目的成績。

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