Nanofysik

Mål

Kursen syftar till att ge en introduktion till den halvledarfysik som gäller i nanometerområdet. Kursdeltagarna får en grundläggande förståelse av principer, tillverknings- och karaktäriseringsmetoder, samt tillämpningar av nanovetenskap och nanoteknologi. Efter kursen ska den studerande kunna:

• definiera fundamentala fysikaliska principer som bestämmer egenskaperna hos halvedarmaterialen och förutsäga effekterna av reducerad dimensionalitet på optiska, electroniska och transportrelaterade i kvantstrukturer
• beskriva och värdera olika tillverkningsmetoder för nanostrukturer - kvantbrunnar, kvanttrådar och kvantprickar
• tillämpa mikroskopi och optisk karakteriseringstekniker, utföra analys av erhållna mätdata samt skriva en laborationsrapport på engelska
• förklara priciperna för nanoelektronik och nanofotonik komponenter och identifiera deras tillämpningsområde

Innehåll

A. Introduktion till nanofysik och nanostrukturer – kvantnaturen i nanovärlden; energibandstruktur hos halvledare och begreppet effektiv massa, fria laddningsbärare och spridningsprocesser, kvantiserade nivåer i kvantbrunnar, kvanttrådar och kvantprickar.

B. Tillverkning och karakterisering av halvledarbaserade nanostrukturer - epitaxiella tekniker för tillväxt av kvantbrunnar, kvanttrådar och kvantprickar; nanoskopi för strukturanalysanalys av halvledarbaserade nanostrukturer; spektroskopiska metoder för karakterisering av kvantiserade elektroniska nivåer; lokal sondspektroskopi.

C. Egenskaper och tillämpningar av halvledarbaserade nanostrukturer –optiska egenskaper av kvantbrunnar, kvanttrådar och kvantprickar - absorption, lågdimensionella excitoner; rekombinationsprocesser; kvanttransport i halvledar heterostrukturer (tvådimensionell dimensionell elektrongas) och i kvanttrådar (ballistisk transport); nanofotonik komponenter - ljusdioder, laserdioder, fotodetektorer och solceller; nanoelektronik komponenter - fälteffekttransistorer med hög mobilitet, tunneldioder , endaelektrontransistor.