Quant Punkt

Ein Quant Punkt (engl. Quantenpunkt , QD) is a nanoskopische Materialstruktur meist aus Halbleitermaterial (z. B. InGaAs , CdSe oder Auch Ga In P / InP ). Ladungsträger ( Elektronen , Löcher ) in Einem Quant Punkt Sind in ihrer Beweglichkeit in allen drei Raumrichtungen so weit Eingeschränkt that Ihre Energie nicht mehr Kontinuierliche , Sondern nur noch diskrete Werte annehmen Scan (siehe Größenordnung / Spektrum). Zitate werden auch bei Atom geschrieben, kann ihre Form, Größe oder die Anzahl der Elektronen in ihnen sein. Dadurch schweisst sich auch elektronische und optische Eigenschaften von Quantenpunten maßschneidern. Typische weise betrifft ihre eigene atomare Größenordnung etwa 10 4 Atome. Gelingt es, in Mehrere einzelnen Quantenpunkte unmittelbarer Nähe Zueinander anzuordnen, so that Ladungsträger (v. A. Electrons) über Tunnelprozesse von Einem in den Quant nächste Punkt „tap“ können, so spricht man von Quantenpunktmolekülen .

Methoden der Herstellung

  • Nasschemische Methoden (z B.. Cadmiumselenid , Zinkoxid ): Die SOG. Nanopartikel liegen als kolloidale Teilchen in einem Lösungsmittel vor. Der eigentliche Quantenpunkt wird von anderen Schichten zur Verbesserung der optischen Eigenschaften, Wasserlöslichkeit oder der Biokompatibilität umgelegt.
  • Molekularstrahlepitaxie : Selbstorganisierte Quantenpunkte das Bild sich aus Dunn SCHICHT (Wenige Nanometer als BZW. Weniger 5 Atom Lagen) eine Grenzflächen between Verschiedenen Halbleiterschichten, sterben zum beispiel Durch Volmer Weber – oder Die Stranski-Krastanov -Methode. Die Ursache für sterben Selbstorganisation Liegt in den Durch Die Verschiedenen Gitterkonstante von Substrat und Quant Punkt Werkstoff entstehenden Verspannungen wo Quantenpunktschicht. Die ECS Theorie ( Gleichgewicht Kristallform – Gleichgewichtskristallform) , wo Thermodynamikmacht sterben Vorhersage that ein makroskopischer Einschluss mit festem Volumen im thermodynamischen Gleichgewicht Formular einnimmt sterben, sterben sterben freie Oberflächenenergie mindernd ( Ostwald Reifung ). Dies führt dazu, dass sich eine dicke Schichtdicke aus der Quantenpuntschicht kleine Erhebungen, sogenannte Inseln, das Bild ergibt. Auch de Verspannung innerhalb der Inseln wird durch diesen Vorgang zurückgesetzt. Dies stellt eine weitere Triebfeder der Agglomerationdar.
  • Lithographie wobei Quant Punkt Wird Profilierung mittels Elektronenstrahlen , Rasterkraftmikroskop oder ähnlichem auf ein Substrat ‚geschrieben‘ und anschließend Durch ein geeignetes Ätzverfahren ( Nass- / Trockenätzen ) ‚freigelegt‘. Die Characterized entstehenden Mesen can Nonne freistehend oder zur belassen Aufgabe Verbesserung der elektronische oder optical Eigenschaften, wieder von Einem geeigneten Halbleitermaterial, Durch Aufwachsen Einer weitere SCHICHT, umschlossen Werden. Während des Strukturierungsvorganges Kann der Quant Punkt Auch mit ELEKTRISCH Zuleitungen Versehen Werden. Es nachteil of this Elle Verfahren Besteht in der Durch das Atzen verursachten Anhäufung von Gitterdefekten, die sind elektronisch und zweifellos optisch. Besitz des Quantenpunktes führt.
  • In elektrostatisch definierten Quantenpunkten Werden den Dreidimensionale Einschluss wo Ladungsträger Durch Eine Kombination von epitaktischen und lithografischen Methoden erreicht: an der Grenzfläche Zwischen zwei SCHICHT von epitaktisch gewachsenen Halbleitermaterial (z B. GaAs auf AlGaAs.) Photo du die Unterschiedlich Bandstruktur aufgrund eines Quantentopfesdie Bewegung der Elektronen ist auf der Grenzfläche beschränkt. Über die Nonne wurden in den verwundeten Dimensionen auch lithographisch mikroskopische Elektroden auf das System eingeführt. Durch die angelegte Spannung an den Elektroden wird ein Potentialminimum erzeugt, in dem einzelne Elektronen bei niedrigen Temperaturen (25 mK) eingefangen werden können. Elektrostatisch bestimmt Quantenpunkte unterscheiden sich in hinsicht Mehrere von kolloidalem oder epitaktisch gewachsenen Quantenpunkten: Sie sind Grösser (etwa 10 5 bis 10 6Atome; Durchmesser von 100 bis 1000 nm in der Quantentopf-Ebene), sie Können nur Entweder positive oder negativ Geladas Ladungsträger einfangen , wo Einschluss ist schwache, Weshalb sie sich nur bei sehr Niedriger Temperatur untersuchen lassen. Einzelnen oder Mehrere Gekoppelte Quantenpunkte can deterministisch Hergestellt Werden, das Verwendete Werkstoff Kann spannungsfrei und mit sehr Geringer Defektdichte Hergestellt Werden und Stempelelektrode erlaub ELEKTRONISCHE Manipulation direkt sterben , wo Ladungsträger Gefangenen. [1]

Größenordnung

Die Größe des Quantenpunkts liegt im Bereich der De-Broglie-Wellenlänge des Elektrons , hier finden Sie Quanteigenschaften zu Tageten. Die de Broglie-Wellenlänge eines Elektrons Adresse:

{\ displaystyle \ lambda = {\ frac {h} {\ sqrt {2 \, m_ {e} ^ {*} \, E}}}}

mit E bei Zimmertemperatur:

{\ Display E = k _ {\ mathrm {B}} \ cdot T = 1 {,} 38 \ cdot 10 ^ {- 23} {\ frac {\ mathrm {J}} {\ mathrm {K}}} \ cdot 300 \, \ mathrm {K} = 4 {,} 14 \ cdot 10 ^ {- 21} \ mathrm {J}}

DAMIT Ergibt sich:

{\ Display \ lambda = {\ frac {6} {626 \ cdot 10 ^ {- 34} \, \ mathrm {Js}} {\ sqrt {2 \ cdot 9 {} 109 \ cdot 10 ^ {- 31 } \, \ mathrm {kg} \ cdot 4} {14 \ cdot 10 ^ {- 21} \, \ mathrm {J}}}} \ ca. 7} {6 \, \ mathrm {nm}}

Dieser Wert ist wie in der Formel der substanzspezifisch wirksamen Elektronenmasse, so wie die Wellenlänge materialabhängig ist.

Für Löcher erganzt sich durch die größere Masse. Quantenpunktgrößen ein schwächeres Confinement. So ist die lineare Energiestruktur ( Zustandsdichte 0D) nicht so stark ausgeprägt.

Wo Quant Punkt Bild EINEN Potentialtopf , wo man quantenmechanisches Confinement darstellt, d. H. Eine stärkere Lokalisierung wo Wellenfunktion bewirkt.

Spektrum

Der Hintergrund der Quantum-Punkte ist ein Bild der atomaren Zustände. Der Übergang vom klassischen Bändermodell der Halbleiterphysik zu quantifizierten Energieformen ist in der Fig. 2 dargestellt. wo Beschränkung (engl. Confinement ) wobei Wellenfunktion des Quant im Punkt befindlicher Ladungsträger oder genau Deren Wellenfunktion abhängig.

Das Spektrum Eines Quantenpunktes bestimmt sich nun über sterben bei Rekombination wo Ladungsträger abgestrahlte Energie. Erwartungswertly solar das at atomähnlich quantisierten Zuständen ein Linienspektrum Signal. Nun Sie sterben Dipolschwingung , sterben zu Einer Linie spektraler Führt, aber als gedämpfter Harmonischer Oszillator mit Endlich Stoßdämpfung schlechtesten Kandidaten Werden. Bei der Fourier – Transformation , wo Einhüllenden vom Ortsraum im Frequenzraum erhält ein Eine Lorentz – Kurve , Derens Breite von der Dämpfungskonstante abhängt. Man sagt, dass die „lorentzverbreitert“ der Spectralinianer „homogener“ seienLinienverbreiterung Entspricht.

Wo gedämpfter harmonischer Oszillationsvorgang Führt nach dem Fourier (F) zu Einer lorentzverbreiterten Linie im Frequenzraum

Ein Quantenpunktensemble, auch mehr Quantenpunkte, hat als gemeinsames Spektrum eine Gaußkurve . Dies spiegelt die gaußförmige Größe der Quantenpunkte um einen statistisch üblichen aufwertenden Wert wieder. Das gaußförmige Emissionsspektrum ist jeweils eine homogene Linienverteilung : Quantenpunkte mit identischer Größe aus einem Ensemble emittieren homogene Wellen. Die verschiedenen Größen der Quantenpunkte unterscheiden sich von Wellenlängen. Die Überlagerung dieser spektralen Lorentzkurven führt zu der Gaußverteilung.

Linienverbreiterungsmechanismen

Sie sind in homogen unterscheidet

  • Lorentzverbreiterung
  • Energie-Zeit-Unschärfe
  • Ladungsträger – Exziton -Wechselwirkung (unser Hauptpunkt ist die Typ-II Quarantäne)
  • Aufgeladene Quintessentials

und inhomogen Verbreiterungsmechanismen, Wobei letztere vor Allem Durch das Vorhandensein Mehrere Quantenpunkte in der Probe als erwartet zustande kommt (siehe: Spectrum Eines Quantenpunktensembles ).

Verwendung

Quantenpunkte sind für den Fall, dass die Ergebnisse nicht relevant sind. [2] [3]

  • Farbstoff für Marker in der Durchflußzytometrie
  • LEDs , Displays , insbesondere zur Optimierung der Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristallanzeigen [4]
  • Quant Punkt-Laser
  • Einzelphotonenquelle
  • Quant Computing
  • Quant Punkt-Spin-Valve
  • Der Digitalkamera-Kamera-Sensor [5]
  • Ein-Elektronen-Transistor
  • Quant-Punkt Solarzelle

Literatur

  • Dieter Bimberg : Der Zoo der Quantenpunkte Physik Journal , August / September 2006, S. 43ff.
  • Peter Michler (Hrsg.): Single Semiconductor Quantum Dots. Springer 2009, ISBN 978-3540874454

Weblinks

 Commons: Quarterpunkte – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Quantenpunkt – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonym, Übersetzungen
  • Mark Rossi: Ladungsträger-Relaxations- und Rekombinationsmechanismen in Halbliterquartieren. Diplomarbeit, Universität Stuttgart, Dezember 2002. – Interessant ist hier de zweite Kapitel. (PDF-Datei; 3,02 MB)
  • heise.de – Kevin Bullis: Fantastische Farbenspiele ; TechnologieReview-Artikel vom 29. Juni 2006 zu LEDs auf Quantenpuntbasis
  • heise.de – Prachi Patel-Predd: Bildschirme aus farbigen Quant Points ; TechnologyReview-Article vom 17. Dezember 2008 zu Bildschirmen aus farbigen Zitaten

Einzelstunden

  1. Hochspringen↑ R. Hanson et al. Spins in Quantenpunkten mit wenigen Elektronen . In: Bewertungen der modernen Physik . 79, 2007, S. 1217. Arxiv : Cond-Mat / 0610433 . doi : 10.1103 / RevModPhys.79.1217 .
  2. Hochspringen↑ Zitate: Technische Auftritte des „Künstlichen Atoms“. In: Welt der Physik. Abgerufen am 13. Januar 2017 .
  3. Hochspringen↑ DaNa2.0 – Daten und Wissen zu Nanomaterialien: Quantenpunkt Materialinfo. Abgerufen am 13. Januar 2017 .
  4. Hochspringen↑ Quant-Point-Anzeigen. In: Kompendium der Infotip Service GmbH. Abgerufen am 13. Januar 2017 .
  5. Hochspringen↑ Sascha Steinhoff: InVisage Quantum: Revolutionärer Bildsensor, CMOS und CCD-Ablation . In: Digitale Fotografie . 23. November 2015 ( heise.de [abgelaufen am 13. Januar 2017]).

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