نقطه کوانتومی
تولید > ساخت

نقاط کوانتومی خود مونتاژ به‌طور معمول بین ۵ تا ۵۰ نانومتر اندازه دارند. نقاط کوانتومی تعریف شده توسط الکترودهای دروازه ای با الگوی چاپ سنگی، یا به‌وسیلهٔ اچ کردن بر روی گازهای الکترونی دوبعدی در ساختارهای نیمه هادی می‌توانند دارای ابعاد جانبی بین ۲۰ تا ۱۰۰ نانومتر باشند
برخی از نقاط کوانتومی مناطق کوچکی از یک ماده هستند که در یک ماده دیگر با شکاف باند بزرگتر دفن شده‌اند. اینها می‌توانند به اصطلاح ساختارهای پوسته هسته ای باشند، به عنوان مثال، با CdSe در هسته و ZnS در پوسته یا از اشکال خاص سیلیس به نام اورموسیل. پوسته‌های زیر لایه نیز می‌توانند راه‌های مؤثری برای غیرفعال کردن نقاط کوانتومی مانند هسته‌های PbS با پوسته‌های CdS زیر لایه باشند.
نقاط کوانتومی در ساختارهای چاه کوانتومی به‌طور خودبخود به دلیل نوسانات چند لایه در ضخامت چاه، به صورت خودبخود رخ می‌دهد.
نقاط کوانتومی خود مونتاژ شده به‌طور خودبخود تحت شرایط خاص در طول اپیتکسی پرتو مولکولی (MBE) و اپیتکسی بخار فاز متالارگونیک (MOVPE) تشکیل می‌شوند، هنگامی که یک ماده روی یک بستر رشد می‌کند که به آن مشبک نمی‌شود. فشار حاصل از آن منجر به تشکیل جزایر در بالای لایه دو بعدی مرطوب می‌شود. این حالت رشد به عنوان رشد Stranski-Krastanov شناخته می‌شود. جزایر می‌توانند بعداً دفن شوند تا نقطه کوانتومی تشکیل شود. یک نوع کوانتومی که به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد، با استفاده از این روش در Ga(ها) به عنوان نقاط کوانتومی در GaAها استفاده می‌شود. چنین نقاط کوانتومی پتانسیل برنامه‌های کاربردی در رمزنگاری کوانتومی (به عنوان مثال منابع فوتون سنگی) و محاسبات کوانتومی را دارد. محدودیت‌های اصلی این روش هزینه ساخت و عدم کنترل موقعیت نقاط مختلف است.
نقاط کوانتومی به صورت جداگانه می‌توانند از گازهای الکترونیکی دو بعدی یا گازهای سوراخ موجود در چاه‌های کوانتومی از راه دور یا ناهمسانگردهای نیمه هادی که به نام نقاط کوانتومی جانبی نامیده می‌شوند، ایجاد شوند. سطح نمونه با یک لایه نازک از مقاومت پوشیده شده‌است. سپس یک الگوی جانبی توسط لیتوگرافی پرتو الکترونی تعریف شده‌است. این الگو می‌تواند با استفاده از الکترود شدن گاز، یا با رساندن الکترودهای فلزی (فرایند بالابر) که به استفاده از ولتاژهای خارجی بین گاز الکترونی و الکترودها امکان‌پذیر است، به الکترون یا گاز سوراخ منتقل شود. چنین نقاط کوانتومی عمدتاً مورد علاقه آزمایش‌ها و برنامه‌های کاربردی شامل انتقال الکترون، یعنی یک جریان الکتریکی است.
طیف انرژی یک نقطه کوانتومی را می‌توان با کنترل اندازه هندسی، شکل و قدرت پتانسیل محصور ساخت. همچنین، برخلاف اتمها، اتصال نقاط کوانتومی توسط موانع تونل به هدایت اتصالات نسبتاً آسان است، که امکان استفاده از تکنیک‌های طیف‌سنجی تونلینگ را برای بررسی آنها فراهم می‌کند.
ویژگی‌های جذب نقطه کوانتومی مربوط به انتقال بین ذره گسسته، سه بعدی در یک جعبه الکترون و سوراخ است، هر دو محدود به همان جعبه اندازه نانومتر است. این انتقال گسسته یادآور طیفهای اتمی است و باعث شده نقاط کوانتومی نیز اتمهای مصنوعی نامیده شوند.
سلول در نقاط کوانتومی همچنین می‌تواند از پتانسیل‌های الکترواستاتیک (ناشی از الکترودهای خارجی، دوپینگ، کرنش یا ناخالصی‌ها) ایجاد شود.
فن آوری مکمل فلز اکسید نیمه هادی (CMOS) می‌تواند برای ساخت نقاط کوانتومی سیلیکون به کار رود. ترانزیستورهای CMOS فوق‌العاده کوچک (L = ۲۰ نانومتر، W = ۲۰ نانومتر) به عنوان نقاط کوانتومی تک الکترون رفتار می‌کنند که در دمای کرایوژنیک در طیف وسیعی از ۲۶۹ درجه سانتیگراد (4 K) تا حدود ۲۵۸ درجه سانتیگراد (15 K) عمل می‌کنند. ترانزیستور محاصره Coulomb را به دلیل شارژ شدن تدریجی الکترون‌ها یک به یک نمایش می‌دهد. تعداد الکترون‌های محصور شده در کانال توسط ولتاژ دروازه هدایت می‌شود و از اشغال الکترون‌های صفر شروع می‌شود و می‌تواند بر روی ۱ یا تعداد زیادی تنظیم شود.