半導体量子ドット

みなさん、量子ドットという名前を聞いたことはあるでしょうか。

普段の生活の中で耳にすることは全くないと思います。しかしこの材料は私たちの生活の周りに密接に関わって降り、重要な役割を果たしています。

まず高校の科学から多少はかじったことがある方にお伝えしますと、身の回りの物質は全て原子の集合からなっています。物質によっては電気を通したり、通さなかったりしますね。これらの違いはご存知ですか？

まず量子力学の観点から、原子の周りに存在している電子はある決められたエリア（空間）を自由に行き来できます。そのエリアは連続的に繋がっておらず、存在できないエリアと存在できるエリアに分けられています。またそのエリアにいるためには相応のエネルギーを持って動き回り続けなければなりません。つまり電子たちは色々なエネルギーを持った状態で存在しています。エネルギーの大きさをエネルギー準位と言います。電子が存在するのに必要なエネルギーを表現した図が、下図のようになります。

またこのエネルギー準位はそれぞれ２個の電子のみ存在できるようになっています。では１個の原子ではなくての２個の原子が隣り合うとどうなるでしょうか？？

それぞれのエネルギー準位は２つに分割されます。

このように二つの原子であればまだ別のエネルギー準位区別がつきそうですが、これがいくつものの原子が集合すると、エネルギー準位に区別がつかなくなるくらい密集します。

フェルミ準位がどこにあるか、禁制帯内にあるか、価電子帯にあるかによって導体、絶縁体、半導体がきまる。

量子ドットのサイズをナノスケールに制御するとエネルギーのとる値は離散化する。