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1、评述3半导体量子点及其应用(Ⅰ)•赵凤瑷张春玲王占国(中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室北京100083)摘要量子点,又称“人造原子”,它是纳米科学与技术研究的重要组成部分.由于载流子在半导体量子点中受到三维限制而具有的优异性能,构成了量子器件和电路的基础,在未来的纳米电子学、光电子学,光子、量子计算和生命科学等方面有着重要的应用前景,受到人们广泛重视.文章分为Ⅰ、Ⅱ两个部分:第Ⅰ部分介绍了半导体量子点结构的制备和性质;第Ⅱ部分介绍了量子点器件的可能应用.关键词量子点,制备,性质,检测,应用Semiconductorqua
2、ntumdotsandtheirpotentialapplications•ZHAOFeng2AiZHANGChun2LingWANGZhan2Guo(KeyLabofSemiconductorMaterialsScience,InstituteofSemiconductors,ChineseAcademyofSciences,Beijing100083,China)AbstractQuantumdots,usuallycalled“artificiallymadeatoms”,areoneofthemostimportantsubj
3、ectsofnanometerscienceandtechnology.Thesuperiorpropertiesofsemiconductorquantumdotsresultingfromthethree2di2mensionalconfinementofthecarrierconstitutethebasisofquantumdevicesandcircuits.Theresearchanddevelop2mentaswellasapplicationofsemiconductorquantumdotsareexpectedto
4、attractmoreandmoreattentionandgreatlyinfluncenanometerelectronicsandoptoelectronics,photonandquantumcomputingandeventhelifesciences.Inthisarticlethefabricationandpropertiesofsemiconductorquantumdotsandpotentialapplicationofthedevicesbasedonquantumdotsarebrieflyreviewed.
5、Keywordsquantumdot,preparation,character,detection,application载流子在三个维度上都受到势垒约束而不能自由运1引言动.根据量子力学分析,量子点中的载流子在三个维度方向上的能量都是量子化的,其态密度分布为一[1]1970年,半导体超晶格、量子阱概念的提出,系列的分立函数,类似于原子光谱性质,因而人门往开创了人工设计、制备低维量子结构材料研究的新往也把量子点称之为“人工原子”.控制量子点的几领域.所谓低维量子结构材料,通常是指除三维体材何形状和尺寸可改变其电子态结构,实现量子点器
6、料之外的二维超晶格、量子阱材料,一维量子线和零件的电学和光学性质的“剪裁”,是目前“能带工程”维量子点材料.二维超晶格、量子阱材料是指载流子设计的一个重要组成部分,也是国际研究的前沿热在两个方向(如在x,y平面内)上可以自由运动,而在另外一个方向(z)则受到约束,即材料在这个方向3国家自然科学基金(批准号:90101004,60290081)、国家重点基础的特征尺寸可与电子的德布罗意波长相比拟或更研究发展计划(批准号:G2000068303)和国家高技术研究发展计划(批准号:2002AA311070)资助项目小.在量子线材料中,载流子
7、仅在一个方向可以自由2003-05-15收到初稿,2003-09-22修回运动,而在另外两个方向则受到约束;在量子点中,•通讯联系人.E2mail:zgwang@red.semi.ac.cn·249·评述点领域.在GaAs,InP,SiC,ZnSe,Al2O3和Si等衬底上制备了由于量子点所具有的量子尺寸(约束)、量子隧InAs,In(Ga,Al)As,GaN,CdSe,ZnO,Ge和GeSi等量穿、库仑阻塞、量子干涉、多体关联和非线性光学效子点结构.量子点的形状视生长条件不同,可以是菱应明显,以及它在微电子、光电子器件,超大规模集形
8、、方形、金字塔形、球形、椭圆形和三角形等.图1成电路和超高密度存储以及量子计算等方面的潜在为InP衬底上生长的InAs量子点的明场透射电镜应用优势,故在低维量子结构的研究中,对载流子施(TEM)像.通过对应变异质结构材料
