FAFA55, 2015 Föreläsning 16, läsvecka 7 14 december 2015

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "FAFA55, 2015 Föreläsning 16, läsvecka 7 14 december 2015"

Ann-Sofie Karin Falk
för 6 år sedan
Visningar:

1 FAFA55, 2015 Föreläsning 16, läsvecka 7 14 december 2015

2 Resonant tunneling

3 Tunneling genom en dubbelbarriär barriär 1 barriär 2 From: J. Davies, The physics of low-dimensional semiconductors, Cambridge, 1998

4 From: J. Davies, The physics of low-dimensional semiconductors, Cambridge, 1998

5 Resonant tunneling diode I V From: J. Davies, The physics of low-dimensional semiconductors, Cambridge, 1998

6 Resonant tunneling in quantum dots

7 Thermal and electrical biasing 5 nm InP InAs InAs 50 nm 15 nm T = 250 mk to 10 K V 0 I H NW dot v - v + V B 7

8 T = 0.3 K 5 nm InP InAs InAs 50 nm 15 nm N = 4 N = 3 N = 2 N = 1 Eric Hoffmann

9 Quantum dot energy level spectroscopy µs µd Vgate µs µd µs E µd Vbias E/e Energy level spacing E: confinement energy single electron charging energy e 2 /2C

10 Using the thermal motion of electrons to generate electricity: Thermoelectrics Hot Electric current Cold

11 100 % 70 % 30 % Hot exhaus + - Thermoelectric Cool air

12 Electrons (electric current) Heat Nanowire Electrons Heat

13 Kvantprickar, resonanser och pågående experiment...

14 Kvantprickar, resonanser och pågående experiment... Electron energy

16 Fluorescence in quantum dots

17 Direct and indirect bandgaps Si, Ge Används för elektroniska komponenter III-V s, t.ex.. InP, GaSb, GaN Optokomponenter

18 III-V materials

20 Bandgap engineering and lattice matching Om man vill skapa en heterostruktur med lager av två olika material vill man välja två som har samma gitterkonstant (avstånd mellan atomer) Viktigt för wafergrowth, men nanotrådar är mer tillåtande.

21 Hur gör man en kvantbrunn? Atomlager

22 Semiconductor Nanowires See for instance Björk et al Nano Letters, 2, 87, 2002

24 Björk et al Nano Letters, 2, 87, 2002

25 Quantum dot photoluminescence

26 Betrakta kvantbrunnen intill. Elektroner exciteras med fotoner med energi hf > Eg1. Vid vilken energi förväntar du dig den starkaste ljusemissionen? 1) Eemission Eg2 2) Eemission Eg1 3) Eemission Eg2 + Ee + Eh 4) Eemission Eg2 - Ee - Eh Ee Eg2 Eh Eg1 5) Eemission Ee + Eh

27 Betrakta kvantbrunnen intill. Elektroner exciteras med fotoner med energi hf > Eg1. Vid vilken energi förväntar du dig den starkaste ljusemissionen? (1) Excitation följd av (2) Termalisering till lägsta möjliga energinivå (grundtillstånden för elektron och hål), (3) Spontan emission 2 1) Eemission Eg2 2) Eemission Eg1 3) Eemission Eg2 + Ee + Eh 1 hf Ee Eg2 3 Eg1 4) Eemission Eg2 - Ee - Eh Eh 5) Eemission Ee + Eh

28 Din uppgift är att välja ett material som gör det möjligt att tillverka kvantprickar i valfri synlig färg. Vilket material vill du helst ha i själva brunnen? (1) GaN (2) AlAs (3) CdTe (4) InSb

29 Din uppgift är att välja ett material som gör det möjligt att tillverka kvantprickar i valfri synlig färg. Vilket material vill du helst ha i själva brunnen? (1) GaN (2) AlAs (3) CdTe (4) InSb CdTe s bandgap är precis under gränsen för synligt ljus. Med hjälp av kvantisieringseffekter i kvantbrunnen kan jag skapa ett effektivt bandgap som jag kan lägga valfritt inom det synliga området. (Se förra frågan).

30 Small nanoparticles Large nanoparticles All the same material (CdTe)!

31 LEDs and diode lasers

32 Light-emitting diode (LED)

33 The challenge of the blue LED (Nobel prize in physics 2014)

34 Tunable emission wave-length by use of quantum well Quantum-well width determines emission wave length

36 Laser

39 Kvantbrunns laser (Quantum well laser) Horizontal cavity

40 Image from: Ultraviolet light-emitting diodes based on group three nitrides Asif Khan, Krishnan Balakrishnan & Tom Katona Nature Photonics 2, (2008)

Physics Physics III-V optoelectronic devices

41 Nanoelectronics and photonics Efficient LEDs with tuneable color Innov LNL LNCL Edu Quantum Quantum Physics Physics III-V optoelectronic devices (with Glo AB) GaN/GaInN on Si InAsP/WZ-InP radial QWs

42 Nanoelectronics and photonics Nanowire arrays with photonically tunable absorption and reflection Quantum Physics P. Wu, N. Anttu, et al., Nano Lett. 12, 1990 (2012)

43 Solar cells World-record nanowire solar cell Quantum Physics J. Wallentin,..., L. Samuelson Science 339, 1057 (2013)

Relevanta dokument

Upplägg och planering för NanoIntro 12; Lars Samuelson

Upplägg och planering för NanoIntro 12; Lars Samuelson (lars.samuelson@ftf.lth.se): Måndag 3/9: Presentationer av deltagarna 10-12 Sal F Generellt om kursen/utbildningen. Exempel på nanofenomen runt oss