Pozzo quantico

pozzo quantico

Eterostruttura planare a semiconduttore, cresciuta tramite tecniche epitassiali, costituita da uno strato racchiuso tra due semiconduttori (le barriere) diversi da quello di cui è fatto il pozzo. I semiconduttori costituenti il pozzo e le barriere sono scelti in modo che la discontinuità tra le loro bande di conduzione (o di valenza) dia luogo lungo la direzione di crescita a una buca di potenziale al cui interno risultano confinati gli elettroni (o le buche) e che ne limita il moto traslazionale alle due dimensioni parallele al piano del pozzo quantico. Nei pozzi quantici più comuni (il tipo I) il gap di energia tra banda di valenza e banda di conduzione del semiconduttore costituente il pozzo è inferiore a quello dei semiconduttori costituenti le barriere e l’allineamento tra la banda di valenza nel pozzo e nelle barriere (il valence-band offset) è tale che sia gli elettroni sia le buche risultano confinati all’interno del pozzo quantico. Il potenziale di confinamento (dell’ordine di 100 meV) determina per ciascun tipo di portatori liberi (elettroni negativi e buche positive) uno o più stati legati all’interno del pozzo corrispondenti alla quantizzazione del loro moto lungo la direzione di crescita e alla localizzazione della loro funzione d’onda che decresce esponenzialmente penetrando le barriere. Per realizzare tale confinamento quantico, si richiede che lo spessore del pozzo (tipicamente dell’ordine di 10 nm) sia inferiore alla lunghezza di coerenza quantistica della funzione d’onda (limitata dai processi di diffusione dovuti alle imperfezioni o alle vibrazioni reticolari), e ciò implica il carattere nanoscopico di un pozzo quantico e delle altre eterostrutture a questa affini, quali i pozzi quantici accoppiati. Il confinamento bidimensionale di elettroni e/o buche in un pozzo quantico implica grandi modificazioni delle loro proprietà elettroniche e ottiche. In particolare, consente di raggiungere elevatissimi valori di mobilità tramite modulazione di drogaggio, nonché di ingegnerizzare i livelli energetici e le forze di oscillatore responsabili delle transizioni ottiche. Ciò ha condotto allo studio di fenomeni fisici fondamentali, quali l’effetto Hall quantistico intero e frazionario, come pure alla realizzazione di dispositivi optoelettronici, quali i laser o i modulatori elettro-ottici a pozzo quantico, e di transistor a elevata mobilità elettronica.

→ Microcavità; Semiconduttori