ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КВАНТОВЫХ ТОЧЕК
ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОРАЗМЕРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР
ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КВАНТОВЫХ ЯМ
Квантовые ямы сформированы в полупроводниках. Они включают в себя арсенид галлия, зажатый между двумя слоями материала с более широкой запрещенной зоной, арсенид алюминия. Эти структуры могут быть выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии или химического осаждения из паровой фазы с контролем толщины слоя до монослоев.
Тонкие металлические пленки могут также поддерживать состояния с квантовыми ямами, в частности, тонкие металлические наслоения, выращенные на металлических и полупроводниковых поверхностях. Интерфейс вакуум-металл ограничивает электрон (или дырку) с одной стороны и, как правило, абсолютной щелью с полупроводниковыми подложками или спроецированной запрещенной зоной с металлическими подложками.
Существует три основных подхода к выращиванию материальной системы КЯ: согласованная по решетке, сбалансированная по деформации и деформированная [13].
Система с решеткой
В системе с решеткой скважина и барьер имеют постоянную решетки, аналогичную материалу подложки [13]. При этом методе разность запрещенных зон имеет минимальную дислокацию, но также минимальный сдвиг в спектре поглощения.
Система с балансировкой деформаций
В системе с балансировкой деформаций скважина и барьер растут таким образом, что увеличение постоянной решетки одного из слоев компенсируется уменьшением постоянной решетки в следующем по сравнению с материалом подложки. Выбор толщины и состава слоев влияет на требования к запрещенной зоне и ограничения на транспортировку носителя. Этот подход обеспечивает наибольшую гибкость при проектировании, предлагая большое количество периодических квантовых ям с минимальной релаксацией деформации [13].
|
|
|
Напряженная система
Напряженная система выращивается с ямами и барьерами, которые не похожи по постоянной решетки. Напряженная система сжимает всю структуру. В результате структура способна вместить только несколько квантовых ям.
ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КВАНТОВЫХ НИТЕЙ
Изготовление квантовых нитей происходит несколькими способами. Наиболее очевидный из них, «вырезание» узкой плоскости с помощью литографической техники из самой структуры (рисунок 6, а) или цели в затворе Шоттки (рисунок 6,б).
Рис. 6. Полупроводниковые гетероструктуры с квантовыми нитями: где 1 – полупроводник с широкой запрещённой зоной, 2 – полупроводник с узкой запрещённой зоной, 3 – металлический затвор
Слой обеднения мы можем увидеть из образования поверхностного состояния на свободной поверхности полупроводника и на боковых гранях вырезанной полоски. Этот слой рождает дополнительное сужение проводящего канала, следовательно, квантовые эффекты, мы можем наблюдать, и в более широких полосах. Таким образом, для получения электронных нитей ширина полоски не играет важной роли.
|
|
|
Вот и еще один метод. Металлическим электродом покрывают поверхность полупроводниковой структуры, он образует контакт Шоттки и имеет узкую щель. Если гетерограница находится достаточно близко от поверхности, то везде, кроме узкой области под щелью, будут отсутствовать двумерные электроны. К преимуществу можно отнести, что поменяв напряжение на затворе, можно управлять эффективной шириной квантовой нити и концентрацией носителей в ней: меняя напряжение на затворе, мы можем управлять эффективной шириной квантовой нити и концентрацией носителей в ней.
ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КВАНТОВЫХ ТОЧЕК
Есть несколько способов изготовления квантовых точек. Возможные методы включают коллоидный синтез, самосборку и электрическое стробирование.
Коллоидный синтез
Коллоидные полупроводниковые нанокристаллы синтезируются из растворов, как и традиционные химические процессы, но продукт не выпадает в осадок в виде твердого вещества и не растворяется [8]. Раствор нагревают до высокой температуры, предшественники разлагаются с образованием мономером, которые, впоследствии, и образуют нанокристаллы. Температура является важным фактором для роста нанокристаллов. Она должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить возможность перегруппировки и отжига атомов в процессе синтеза, и при этом быть достаточно низкой, чтобы способствовать росту кристаллов. Концентрация мономеров является не менее важным фактором, который необходимо строго контролировать во время роста нанокристаллов. Процесс роста нанокристаллов может происходить в двух разных режимах: «фокусировка» и «дефокусировка». При высоких концентрациях мономеров критический размер – это размер, при котором нанокристаллы не растут и не сжимаются, является относительно небольшим, это и приводит к росту многих частиц. В этом режиме меленькие частицы растут быстрее, чем крупные, так как более крупным кристаллам нужно больше количество атомов для роста, чем маленьким. Это и приводит к фокусировке распределения по размерам. Фокусировка по размеру является оптимальной, если концентрация мономера поддерживает такое состояние, что средний размер наличествующего нанокристалла всегда чуть больше критического размера. Со временем концентрация мономера будет уменьшаться, критический размер станет больше, чем уже имеющийся средний размер, и распределение «расфокусируется».
|
|
|
|
|
|
Большие партии квантовых точек могут быть синтезированы посредством коллоидного синтеза. Метод коллоидного синтеза имеет ряд преимуществ для коммерческого применения: масштабен, удобство настольных условий, и является менее токсичен из всех различных форм синтеза.
Плазменный синтез
Синтез плазмы стал один из самых популярных газофазных подходов для получения квантовых точек, особенно с ковалентными связями [10]. Например, кремниевые (Si) и германиевые (Ge) квантовые точки были синтезированы с использованием нетепловой плазмы. Размер, форма, поверхность и состав квантовых точек могут контролироваться в нетепловой плазме. Легирование, возможно выглядит довольно сложным для квантовых точек, но так же реализовано в синтезе плазмы. Квантовые точки, которые образуется плазмой, обычно имеют форму порошка, для которого возможно будет проведена модификация поверхности. Это может привести к отличному диспергированию квантовых точек либо в органических растворителях, либо в воде ( то есть, в коллоидных квантовых точках).
Основной процесс для производства квантовых точек, который имеет большой масштаб для коммерческих применений, называется высокотемпературным двойным впрыском. Этот процесс получения применяется к широкому диапазону размеров и состава квантовых точек.
Другой подход к массовому производству коллоидных квантовых точек воспроизведен в переносе популярной методологии горячего впрыска для синтеза в техническую систему непрерывного потока. Изменения между партиями, которые возникают из-за потребностей во время упомянутой методологии, возможно преодолеть путем использования технических компонентов для смешивания и роста, и для регулирования транспортировки и температуры. Для производства полупроводниковых наночастиц на основе CdSe этот метод настроен на объем производства кг в месяц. Так как использование технических компонентов дает возможность легко обмениваться со стороны максимальной пропускной способности и размера, он способен дополнительно увеличиваться до десятков или даже сотен килограммов.
Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 69; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!