Экспериментальная физика наноструктур Автор курса к.ф.м.н. Руднев И.А.

Экспериментальная
физика наноструктур
Автор курса
к.ф.м.н. Руднев И.А.
Московский инженерно-физический институт
(государственный университет)
Кафедра сверхпроводимости и физики
наноструктур
ЛЕКЦИЯ 1
Введение.
Низкоразмерные физические
системы.
Типы и виды наноструктур.
Квантовые ямы, проволоки, точки
Наноразмерные объекты и
окружающий мир
Манипуляции на атомном
уровне
Хронология
Содержание курса
•основные понятия: Низкоразмерные физические системы. Типы и виды
наноструктур. Полупроводниковые наноструктуры, гетеропереходы,
углеродные трубки, нанокластеры. Квантовые ямы, проволоки, точки.
•Методы приготовления наноструктур. Эпитаксиальный рост полупроводниковых
структур. Молекулярно-лучевая эпитаксия, лазерное и магнетронное распыление.
методы формирования планарных структур.
•Оптическая, электронная и рентгеновская литография. Методы изготовления
электрических контактов.
•Структурные методы исследования нанообъектов. Рентгенография наноструктур.
Атомно-силовой микроскоп. Туннельный микроскоп. Электронная микроскопия
высокого разрешения.
•Оптические методы исследования наноструктур. Фотолюминесценция квантоворазмерных структур.
•Электрические методы исследования. Вольт-амперные и вольтфарадные
характеристики на постоянном и переменном токах.
•Генерация микроволнового излучения в квантово-размерных диодных резонанснотуннельных структурах. Лазеры.
•Экспериментальное изучение квантового эффекта Холла и осцилляций
Шубникова-де Гааза в двумерном электронном газе.
•Свойства и характеристики различных нанообъектов: углеродные нанотрубки,
полупроводниковые наноструктуры, нанопорошки.
•Запасание и выделение энергии.
•Практическое использование наноструктур. Эксперименты по хранению и
обработке информации.
Потенциальный барьер в
классическом и квантовом
случае
Квантовая точка
Квантовые точки, сформированные в двумерном электронном газе на
границе двух полупроводников
Квантовая нить
Полупроводниковые гетероструктуры с квантовыми нитями, полученные
с помощью субмикронной литографии за счет вытравливания узкой
полоски из самой структуры (а) или щели в затворе Шоттки (б): 1полупроводник с широкой запрещенной зоной (например, AlGaAs), 2 –
полупроводник с узкой запрещенной зоной (GaAs), 3 – металлический
затвор. Образующийся вблизи гетерограницы узкий электронный канал
показан штриховой линией. Заштрихованы области обеднения
электронами.
Квантовая яма
Энергетические зоны на
границе двух
полупроводников.
Ec и Ev – границы зоны
проводимости и валентной
зоны.
Квантовая яма
2
x
n ( x) 
sin n
a
a
pn2  2 2 2
En 

n
2
2m 2ma
Волновая функция, описывающая электронные
состояния в квантовой яме
Уровни энергии в яме
Квантовая яма
Волновые функции и уровни энергии
частицы, находящейся в бесконечно
глубокой потенциальной яме.
Показаны три нижних энергетических
уровня (красный цвет) и три
волновых функции (синий цвет).
Квантовая яма, сформированная в
слое полупроводника с узкой
запрещенной зоной, заключенном
между двумя полупроводниками с
более широкой запрещенной зоной.