Techniklexikon

Quantenpunkt

Festkörperphysik, Quantum Box, Quantum Dot, eine Heterostruktur, die die Beweglichkeit der Kristallelektronen in alle drei Raumrichtungen einschränkt. Die Energien sind in alle drei Richtungen quantisiert, die Bezeichnung künstliche Atome ist demnach nicht ganz ungerechtfertigt. Idealerweise besteht die Zustandsdichte beim Quantenpunkt aus d-Funktionen, in der Praxis führen jedoch Schwankungen im Durchmesser zu Verbreiterungen. Quantenpunkte können durch Mikrostrukturierung von Quantentöpfen (Quantum Wells) hergestellt werden, was einen »Pfannkuchen«-ähnlichen Aufbau ergibt. Eine andere Möglichkeit stellt chemisches Ausfällen von Halbleitern in Flüssigkeiten oder Gelen dar, womit zwar Strukturen von sehr guter Kugelform herstellbar sind, die aber ziemlich grosse Schwankungen (grösser ±10 %) im Durchmesser aufweisen.

Für die technische Herstellung grosser Mengen sind jüngste Forschungsergebnisse (RWTH Aachen September 1999) sehr vielversprechend. Beim Ionensputtering einer Gallium-Antimonid-Oberfläche traten Quantenpunktstrukturen gleichmässiger Dicke auf, die in einer aussergewöhnlich regelmässigen hexagonalen Struktur angeordnet waren. Es wird vermutet, dass hierfür selbstorganisierende Prozesse verantwortlich sind.

Quantenpunkt: Selbstorganisierte Quantenpunkte aus GaSb auf einem AlSb Substrat im Rasterkraftmikroskop. Die Quantenpunkte bilden sich von selbst und ordnen sich selbständig in einem hexagonalen Muster auf einer GaSb-Oberfläche an, wenn diese mit Argon-Ionen mit einer Energie von 500 eV beschossen wird. Die Quantenpunkte sind kristallin mit einem mittleren Durchmesser von 30 nm und sind mit einer Dichte von 8,6 × 10¹⁰ pro Quadratzentimeter verteilt. (Rasterkraftmikroskopaufnahme von Shike Hu, IHT II, RWTH Aachen; Quantenpunkte von Stefan Facsko, IHT II, RWTH Aachen).