quantum well是什麼意思，quantum well的意思翻譯、用法、同義詞、例句

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量子阱（Quantum Well）是一種納米尺度的半導體異質結構，由兩種不同能隙的材料交替堆疊形成，其中窄能隙材料被夾在寬能隙材料之間，形成類似“阱”的勢能結構。其核心原理是量子力學中的“量子限制效應”：當電子或空穴被限制在遠小于其德布羅意波長的維度（通常為1-20納米）時，其能量狀态會從連續譜分裂為離散的子能級。以下是詳細解釋：

結構與原理

1. 能帶工程

   量子阱通常由Ⅲ-Ⅴ族（如GaAs/AlGaAs）或Ⅱ-Ⅵ族（如CdTe/HgCdTe）半導體構成。以GaAs/AlGaAs為例，GaAs的能隙（~1.42 eV）小于AlGaAs（~1.8 eV），電子在GaAs層中會感受到兩側AlGaAs勢壘的約束，形成沿生長方向（z軸）的勢阱，而在xy平面内可自由運動。

2. 量子化能級

   電子的波函數在z方向受限，能量狀态分裂為離散的子能帶（Subbands），能量公式為：

   $$ E_n = Ec + frac{hbar k{xy}}{2m^} + frac{hbar pi n}{2m^ L_z} quad (n=1,2,3,...) $$

   其中 (L_z) 為阱寬，(m^*) 為有效質量。空穴同理，但因有效質量較大，能級間隔更小。

關鍵物理特性

• 态密度變化：量子阱中電子态密度呈階梯狀分布（每子能帶内為常數），區别于體材料的抛物線分布，顯著提高載流子注入效率。
• 激子束縛能增強：受限空間内電子-空穴對的庫侖作用增強，室溫下仍可穩定存在激子，利于光電器件應用。
• 光學躍遷選擇定則：僅允許相同量子數n的子能帶間躍遷（Δn=0），發射光譜窄且波長可調。

典型應用

1. 量子阱激光器（QW Laser）

   利用子能級間粒子數反轉實現低阈值電流、高功率激光輸出，廣泛應用于光纖通信（如1550 nm波段InGaAsP/InP量子阱）。

2. 紅外探測器

   基于子能帶躍遷（ISBT）的量子阱紅外探測器（QWIP），可探測中遠紅外波段，用于熱成像與遙感。

3. 高電子遷移率晶體管（HEMT）

   調制摻雜量子阱中電子與電離雜質空間分離，實現超高遷移率，提升高頻器件性能。

權威參考文獻

1. 《半導體器件物理》（施敏著）, 第9章 "異質結與量子結構"
2. 美國物理聯合會（AIP）綜述：Quantum Well Structures in Photonics
3. 自然·材料期刊：Engineering Quantum Wells for Optoelectronics
4. IEEE量子電子學期刊：Quantum Well Infrared Photodetectors

網絡擴展資料

關于“quantum well”的詳細解釋如下：

1. 基本定義
Quantum well（量子阱）是納米尺度的半導體結構，由不同能帶隙的材料堆疊而成。其核心特征是：窄帶隙材料被夾在兩個寬帶隙材料之間，形成一個勢能較低的“阱”，限制電子或空穴在二維平面内運動。這一結構因量子限制效應（quantum confinement）而得名，微觀粒子在該維度上的運動呈現量子化能級。

2. 物理特性與結構

• 能帶結構：窄帶隙材料（如砷化镓）的導帶和價帶能量低于周圍材料（如砷化鋁），形成勢阱，導緻載流子（電子或空穴）被束縛在薄層内。
• 量子化能級：受限方向（如垂直方向）的粒子能量呈現分立狀态，類似“台階狀”能級分布，而平行方向仍可自由運動。

3. 應用領域
量子阱是光電子器件的核心結構之一，例如：

• LED與激光器：作為發光活性層，通過調控阱層厚度和材料，可優化發光效率與波長（如藍色LED中氮化镓量子阱的應用）。
• 量子點/線結構：多層量子阱可進一步發展為量子點或量子線，用于量子計算、太陽能電池等領域。

4. 擴展類型

• 無限深量子阱（Infinite Quantum Well）：理想化模型，假設阱外勢能無限高，用于理論計算簡化。
• 多重量子阱（MQW）：多層重複結構，增強光吸收或發射性能。

若需了解具體器件設計或數學推導（如薛定谔方程求解），可進一步查閱半導體物理或量子力學教材。

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