納米技術(shù)及其應(yīng)用第六章(編輯修改稿)
2025-05-29 12:40 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 子點(diǎn)易于密集成量子點(diǎn)陣列，以形成晶態(tài)或非晶態(tài)的固體。 （ 3）用膠體化學(xué)方法制備 167。 量子點(diǎn)的類型及制備方法 ? 例如利用 STM制備量子點(diǎn) （ 4）其他方法 第 6章 167。 量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介 Back 167。 量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介 這里只介紹幾種簡(jiǎn)單的單電子器件： 1. 量子點(diǎn)激光器 2. 量子點(diǎn)旋轉(zhuǎn)門 3. 單電子盒 4. 單電子泵 5. 單電子晶體管 注意：隧道結(jié)和量子點(diǎn)是單電子器件的基本單元！ 167。 量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介 量子點(diǎn)激光器 Laser: light amplification by stimulated emission of radiation “泵激” ? 需要有一定的最低能量才能確保受激電子的數(shù)量大得足以引起并維持受激發(fā)射。 量子點(diǎn)激光器的制作源于： 利用量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的量子限制作用，當(dāng)激光器已經(jīng)縮小到甚至比它發(fā)射出來(lái)的光的波長(zhǎng)還要小的尺度，在這一尺度上，量子行為開(kāi)始占優(yōu)勢(shì)，可以制作高效率的激光器。 如果激光器的效率高到連一個(gè)光子也不浪費(fèi)，就好像一根火柴的熱量就可以燒開(kāi)一壺水那將是多么讓人激動(dòng)?。? 167。 量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介 最早的激光器 最早的激光器是將某種激光材料夾在兩塊反射鏡之間，對(duì)該激光材料予以“泵激”使激光材料中的電子受到激發(fā)而從較低的能級(jí)躍遷到較高的能級(jí)。當(dāng)電子返回到較低能級(jí)時(shí)，它們就產(chǎn)生在兩塊反射鏡之間來(lái)回反射的光。來(lái)回反射的光子使其他的激發(fā)“電子” ——即處于較高能態(tài)的電子 ——發(fā)射出相同的光子，很像炸響的鞭炮又引燃其它的鞭炮一樣。 ——受激發(fā)射！ 隨著光子數(shù)目不斷增加，它們就匯入到一束公共的光波中而使其強(qiáng)度不斷增大，直到從兩塊反射鏡之一射出一個(gè)集中的聚焦光束。 167。 量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介 注意：傳統(tǒng)的激光器產(chǎn)生的激光單色性雖然好，但不是所有的光子都被用于激光發(fā)射的任務(wù)中去了！有些光子碰到激光器壁變成熱量散發(fā)出去了。 波動(dòng)一根吉它弦 基頻、泛音 縮短吉它弦 基頻、泛音減少 音調(diào) 音調(diào)升高 縮短吉它弦 基頻 音調(diào)升高至極限值 ? 如何才能利用所有的光子，怎么辦到不浪費(fèi)能量呢？ 看一個(gè)吉它弦的例子： 167。 量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介 相類似， 通過(guò)縮小激光器的尺寸可以限制光子狀態(tài)的數(shù)目。 這一微型化過(guò)程的最終極限是激光器發(fā)射的光的波長(zhǎng)的一半（這一尺度是光能夠在兩塊反射鏡之間來(lái)回反射的最小尺度）。此時(shí)，光子只有一種可能的狀態(tài)，光子別無(wú)選擇，每個(gè)光子都只能加入到公共的波中。 換言之，此時(shí)任何一個(gè)光子都不會(huì)被浪費(fèi)掉，即此時(shí)的激光器是無(wú)能量閾的！ 因此， 這樣的量子點(diǎn)激光器的效率非常高 ！ 167。 量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介 量子點(diǎn)激光器在未來(lái)的 光學(xué)計(jì)算機(jī) 中具有多種多樣的用途。 光學(xué)計(jì)算機(jī) 用光代替電來(lái)傳送、處理并存儲(chǔ)信息，計(jì)算機(jī)的速度將被呈指數(shù)的提高了 ! 如果極少的能量就可以發(fā)射激光的話，量子點(diǎn)激光器就可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)開(kāi)關(guān)。 （如果只用一根火柴就可以燒開(kāi)一壺水的話，那么等待一壺水燒開(kāi)的時(shí)間就可以大大縮短?。?已經(jīng)有一些激光器能夠以快于每秒鐘 200億次的速度開(kāi)關(guān)。 因此，量子點(diǎn)激光器作為傳送、存儲(chǔ)并處理信息的元件 （光學(xué)計(jì)算機(jī)中不可缺少的基本結(jié)構(gòu)單元） 具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。 BUT 應(yīng)該提及的是，由于制造工藝?yán)щy，研制水平還未達(dá)到理論預(yù)言！ 167。 量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介 量子點(diǎn)旋轉(zhuǎn)門 在異質(zhì)結(jié)界面二維電子氣上用兩個(gè)量子點(diǎn)接觸形成隧道結(jié)，它們之間分裂柵圍成的空腔就是量子點(diǎn)島區(qū)（見(jiàn)下圖）。 半導(dǎo)體量子點(diǎn)接觸形成的單電子器件 （量子點(diǎn)旋轉(zhuǎn)門平面圖） 量子點(diǎn)島區(qū) 點(diǎn)接觸 點(diǎn)接觸 分裂柵 分裂柵 當(dāng)分裂柵上所加負(fù)電壓足夠高時(shí)，點(diǎn)接觸的導(dǎo)電通道被切斷，
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