Сичікова Я.О., Крилов Є.І.

Бердянський державний педагогічний університет

Напівпровідникові квантові точки

Створення і вивчення нанооб'єктів пониженої розмірності, квантових ям і квантових точок, є актуальним завданням як для фундаментальних досліджень, так і для застосувань в наноелектроніці і оптоелектроніці [1 - 3]. Рушійною силою для формування таких наноб'ектів виступає істотна різниця постійних кристалічних граток матеріалу квантових точок і матеріалу матриці [3, 4].

Квантова точка (КТ) - нанофрагмент провідника або напівпровідника, повністю обмежений за всіма трьома напрямками радіусом менше характерного Боровського радіусу екситона (пари електрон-дірка) в напівпровіднику і містить електрони провідності. З фізичної точки зору, КТ представляє із себе ідеальну тривимірну потенційну яму. Квантова точка - квазінульвимірна наноструктура, близька за розмірами до довжини хвилі електрона в цьому матеріалі. Особливістю такої структури є те, що в ній енергія носія заряду, обмеженого в пересуванні, дискретна, тому їх ще називають «штучними атомами». При наданні енергії електрон в атомі переходить в збуджений стан і переміщується на більш високий рівень, через деякий час, втрачаючи енергію (випромінюючи фотон) і повертаючись на нижній рівень, так як він відповідає мінімуму потенційної енергії атома. Носій заряду в КТ прагне опинитися на дні потенційної ями, тому поводиться так само, як і в атомі. Відмінність КТ від атомів полягає в тому, що їх розмірами і внутрішньою структурою можна управляти.

Отримати квантові точки можна наступними методами: вирощування КТ на підкладці методом молекулярно-пучкової епітаксії, що містить мікронеоднорідності або при істотній відмінності параметрів елементарної комірки підкладки і напилюваного шару (епітаксіальні КТ) та самовирощування в розчині (іони взаємодіючих елементів об'єднуються в наноструктури, які «обростають» органічними молекулами) - колоїдні КТ [5].

У роботі [6] структури по типу квантових точок In/InP на поверхні пластин фосфіду індію формувалися методом електрохімічного травлення при одночасній обробці в імпульсному магнітному полі. Вплив імпульсного магнітного поля здійснювалося серією симетричних трикутних імпульсів амплітудою В = 0,5 Т з частотою f = 50 Гц. Імпульси магнітного поля формувалися розрядами батареї конденсаторів через низькоіндуктивний соленоїд.

Для широкого кола прикладних цілей значну роль відіграють нанокристали CdTe. Квантові точки (КТ) таких нанокристалів отримують за допомогою хімічного синтезу у різного типу колоїдних розчинах та полімерних матрицях [7].

Застосування КТ досить широко: освітлювальні прилади, колоїдні люмінофори, лазери, біологічні дослідження. КТ є головними претендентами для представлення кубітів у квантових обчислювальних приладах.

КТ є одними з найбільш перспективних технологій освітлення. Незважаючи на досить малий показник світлопередачі (до 40 люмен / ват, що в 2 - 2.5 разів менше, ніж у промислових люмінофорів), прилади на основі КТ можуть випромінювати якісний білий світ, а не монохромний. Лазери на основі КТ мають велику температурну стабільність, ширину спектральної лінії і швидкість передачі даних у порівнянні зі своїми газовими аналогами і лазерами на основі квантових ям [4].

Золі на основі колоїдних КТ перевершують органічні і неорганічні люмінофори по яскравості флуоресценції і фотостабільності. КТ мають дуже широкий спектр поглинання, і, отже, КТ різних розмірів можуть бути збуджені одним джерелом світла. Піки фотолюмінесценції КТ досить вузькі і симетричні, що також дуже важливо при одночасній ідентифікації багатьох флуоресцентних сигналів. Ці властивості відкривають застосування КТ в біологічних дослідженнях [5].

Існування квантових точок дозволить переглянути деякі принципи створення нових електронних приладів.

Література:

1. Norman A. G. InGaAs/GaAs QD superlattices: MOVPE growth, structural and optical characterization, and application in intermediate-band solar cells / A. G.Norman, M. C. Hanna, P. Dippo et al. // Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference and Exhibition. - 2005. - Lake Buena Vista, Florida, USA. - P. 3 - 7.

2. Maronchuk I. E. Solar cells heterostructures with InAs quantum dots obtained by liquid phase epitaxy / I. E. Maronchuk, S. Yu. Erochin, T. F. Kulutkina et al. // Third World Conference on Photovoltaic Energy Conversion. -2003. - Osaka, Japan. - P. 11 - 18.

3. Maronchuk I. Quantum dots PV-cells obtained by liquid phase epitaxy / I. Maronchuk, A. Minailov, E. Andronova et al. // Proceedings of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference. - 2004. - Paris, France. - P. 352 - 354.

4. Maronchuk I. E. Obtaining heterostructures with quantum dots for sensors by using liquid phase epitaxy / I. E. Maronchuk, A. M. Dyachenko, A. I. Minailov et al.// Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. - 2004. - Vol. 7, N 4. - P. 363 - 367.

5. Квантовые ямы, нити, точки. Что это такое? / В. Я. Демиховский // Соросовский образовательный журнал. - 1997.- №5. - С. 80 – 86.

6. Сичікова Я.О. Низькорозмірні структури на поверхні фосфіду індію / Я.О. Сичікова // Фізична інженерія поверхні. – 2012. – т. 10, № 2. – с. 183 – 191.

7. Liu Y. Comparison of WaterSoluble CdTe Nanoparticles Synthesized in Air and in Nitrogen / Y. Liu, W. Chen, A.G. Joly, Y. Wang, C. Pope, Y. Zhang, J-O Bovin, and P. Sherwood. // J. Phys. Chem.B. – 2006. - №110. – Р. 16992-17000.