Techniklexikon

Quantentopf

Festkörperphysik, Quantum Well, eine Heterostruktur, die für die Kristallelektronen in eine Raumrichtung als Potentialtopf mit einer Ausdehnung vergleichbar der De-Broglie-Wellenlänge (De-Broglie-Welle) wirkt. Bei den meisten Halbleitern ist dies bei Abmessungen von einigen 10 nm oder weniger erfüllt. Es bildet sich ein sog. quasi-zweidimensionales Elektronengas aus, die Ladungsträger bleiben in x- und in y-Richtung frei beweglich, entlang der z-Achse sind die Energieeigenwerte quantisiert. Ein Energieband spaltet auf in eine (begrenzte) Anzahl von Subbändern mit der Dispersionsrelation

Unter der (idealisierenden) Annahme unendlich hoher Potentialwände ergibt sich:

Sind mehrere Quantentöpfe aneinandergereiht, die so weit voneinander entfernt sind, dass die Wellenfunktionen nicht überlappen, spricht man von einer Multiple Quantum Well (MQW)-Struktur. Falls die Wellenfunktionen überlappen, erhält man ein sog. Superlattice. Bei diesem spalten die Subbänder wiederum auf und bilden neue »Mini-Bänder«, ganz analog zum Ausbilden der Bandstruktur im periodischen Potential. Zur Herstellung von Quantentopfstrukturen werden verschiedene epitaktische Techniken verwendet. Am besten eignen sich Materialien mit ähnlicher Gitterkonstante, da sonst die Gitterverzerrung an den Übergangsstellen eine grosse Fehlstellendichte mit sich bringt.