低維半導體材料, 低維半導體材料是什么意思

低維半導體材料, 低維半導體材料是什么意思

實際上這里說的低維半導體材料就是納米材料，之所以不愿意使用這個詞，主要是不想與現在熱炒的所謂的納米襯衣、納米啤酒瓶、納米洗衣機等混為一談！從本質上看，發展納米科學技術的重要目的之一，就是人們能在原子、分子或者納米的尺度水平上來控制和制造功能強大、性能優越的納米電子、光電子器件和電路，納米生物傳感器件等，以造福人類?？梢灶A料，納米科學技術的發展和應用不僅將徹底改變人們的生產和生活方式，也必將改變社會政治格局和戰爭的對抗形式。這也是為什么人們對發展納米半導體技術非常重視的原因。

電子在塊體材料里，在三個維度的方向上都可以自由運動。但當材料的特征尺寸在一個維度上比電子的平均自由程相比更小的時候，電子在這個方向上的運動會受到限制，電子的能量不再是連續的，而是量子化的，我們稱這種材料為超晶格、量子阱材料。量子線材料就是電子只能沿著量子線方向自由運動，另外兩個方向上受到限制；量子點材料是指在材料三個維度上的尺寸都要比電子的平均自由程小，電子在三個方向上都不能自由運動，能量在三個方向上都是量子化的。

由于上述的原因，電子的態密度函數也發生了變化，塊體材料是拋物線，電子在這上面可以自由運動；如果是量子點材料，它的態密度函數就像是單個的分子、原子那樣，完全是孤立的 函數分布，基于這個特點，可制造功能強大的量子器件。

大規模集成電路的存儲器是靠大量電子的充放電實現的。大量電子的流動需要消耗很多能量導致芯片發熱，從而限制了集成度，如果采用單個電子或幾個電子做成的存儲器，不但集成度可以提高，而且功耗問題也可以解決。目前的激光器效率不高，因為激光器的波長隨著溫度變化，一般來說隨著溫度增高波長要紅移，所以現在光纖通信用的激光器都要控制溫度。如果能用量子點激光器代替現有的量子阱激光器，這些問題就可迎刃而解了。

基于GaAs和InP基的超晶格、量子阱材料已經發展得很成熟，廣泛地應用于光通信、移動通訊、微波通訊的領域。量子級聯激光器是一個單極器件，是近十多年才發展起來的一種新型中、遠紅外光源，在自由空間通信、紅外對抗和遙控化學傳感等方面有著重要應用前景。它對MBE制備工藝要求很高，整個器件結構幾百到上千層，每層的厚度都要控制在零點幾個納米的精度，中國在此領域做出了國際先進水平的成果；又如多有源區帶間量子隧穿輸運和光耦合量子阱激光器，它具有量子效率高、功率大和光束質量好的特點，中國已有很好的研究基礎；在量子點（線）材料和量子點激光器等研究方面也取得了令國際同行矚目的成績。