低維半導(dǎo)體材料, 低維半導(dǎo)體材料是什么意思

實(shí)際上這里說(shuō)的低維半導(dǎo)體材料就是納米材料，之所以不愿意使用這個(gè)詞，主要是不想與現(xiàn)在熱炒的所謂的納米襯衣、納米啤酒瓶、納米洗衣機(jī)等混為一談！從本質(zhì)上看，發(fā)展納米科學(xué)技術(shù)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(lái)控制和制造功能強(qiáng)大、性能優(yōu)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。可以預(yù)料，納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用不僅將徹底改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活方式，也必將改變社會(huì)政治格局和戰(zhàn)爭(zhēng)的對(duì)抗形式。這也是為什么人們對(duì)發(fā)展納米半導(dǎo)體技術(shù)非常重視的原因。

電子在塊體材料里，在三個(gè)維度的方向上都可以自由運(yùn)動(dòng)。但當(dāng)材料的特征尺寸在一個(gè)維度上比電子的平均自由程相比更小的時(shí)候，電子在這個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)會(huì)受到限制，電子的能量不再是連續(xù)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(yùn)動(dòng)，另外兩個(gè)方向上受到限制；量子點(diǎn)材料是指在材料三個(gè)維度上的尺寸都要比電子的平均自由程小，電子在三個(gè)方向上都不能自由運(yùn)動(dòng)，能量在三個(gè)方向上都是量子化的。

由于上述的原因，電子的態(tài)密度函數(shù)也發(fā)生了變化，塊體材料是拋物線，電子在這上面可以自由運(yùn)動(dòng)；如果是量子點(diǎn)材料，它的態(tài)密度函數(shù)就像是單個(gè)的分子、原子那樣，完全是孤立的 函數(shù)分布，基于這個(gè)特點(diǎn)，可制造功能強(qiáng)大的量子器件。

大規(guī)模集成電路的存儲(chǔ)器是靠大量電子的充放電實(shí)現(xiàn)的。大量電子的流動(dòng)需要消耗很多能量導(dǎo)致芯片發(fā)熱，從而限制了集成度，如果采用單個(gè)電子或幾個(gè)電子做成的存儲(chǔ)器，不但集成度可以提高，而且功耗問(wèn)題也可以解決。目前的激光器效率不高，因?yàn)榧す馄鞯牟ㄩL(zhǎng)隨著溫度變化，一般來(lái)說(shuō)隨著溫度增高波長(zhǎng)要紅移，所以現(xiàn)在光纖通信用的激光器都要控制溫度。如果能用量子點(diǎn)激光器代替現(xiàn)有的量子阱激光器，這些問(wèn)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(jīng)發(fā)展得很成熟，廣泛地應(yīng)用于光通信、移動(dòng)通訊、微波通訊的領(lǐng)域。量子級(jí)聯(lián)激光器是一個(gè)單極器件，是近十多年才發(fā)展起來(lái)的一種新型中、遠(yuǎn)紅外光源，在自由空間通信、紅外對(duì)抗和遙控化學(xué)傳感等方面有著重要應(yīng)用前景。它對(duì)MBE制備工藝要求很高，整個(gè)器件結(jié)構(gòu)幾百到上千層，每層的厚度都要控制在零點(diǎn)幾個(gè)納米的精度，中國(guó)在此領(lǐng)域做出了國(guó)際先進(jìn)水平的成果；又如多有源區(qū)帶間量子隧穿輸運(yùn)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(zhì)量好的特點(diǎn)，中國(guó)已有很好的研究基礎(chǔ)；在量子點(diǎn)（線）材料和量子點(diǎn)激光器等研究方面也取得了令國(guó)際同行矚目的成績(jī)。