nanometer dan temperatur yang rendah justru dapat menyebabkan rapat keadaan quantum dot menuju sistem ideal. Dengan menggunakan beberapa pendekatan,
jumlah keadaan pada volume z
y x
Δ Δ
Δ dapat diturunkan dari rumusan rapat
keadaan. Hasilnya adalah
2 3
3 π
ρ z
y x
k Δ
Δ Δ
= Δ
2.47 dengan
2
2 h
v v
r V
m r
k =
2.48 dengan mengintegrasikan pada seluruh koordinat klasik untuk mendapatkan
jumlah keadaan energi dalam sebuah quantum dot, yaitu Alhassid Y, 2000
2 3
2 2
2 3
3 2
2
∫
= r
V dxdydz
m N
t
v h
π 2.49
Sebagai contoh, untuk sebuah kotak dengan kedalam potensial berhingga V
b,
dapat diperoleh
z y
x b
t
L L
L V
m N
2 3
2 2
2 3
3 2
2 h
π =
2.50 Andaikan seseorang membuat quantum dot dengan L
x
=L
y
=L
z
=10 nm, V
b
=0,2 eV, dan massa efektif elektron pada material quantum dot adalah m
=0,067m
elektron
, maka didapatkan jumlah total keadaan energi di dalam kotak adalah N
t
= 75. Jumlah elektron sebenarnya yang terperangkap dalam quantum dot seharusnya
kurang dari N
t
terkait reduksi oleh ketidakmurnian material. Teknologi saat ini bahkan sudah memungkinkan untuk mengontrol jumlah pembawa muatan
terlokalisasi dengan pemberian tegangan luar Wahyu Tri Cahyanto, Kamsul Abraha, Pekik Nurwantoro, 2007
2.4. Eksiton Dalam Struktur Kuantum
Eksiton adalah ikatan pasangan elektron-hole yang disebabkan penyerapan photon pada semikonduktor. Secara khusus dapat dikatakan bahwa terdapat elektron di
pita konduksi dan hole dipita valensi semikonduktor dan keduanya saling berinteraksi melalui interaksi Coulomb. Eksiton sendiri bermuatan netral.
Universitas Sumatera Utara
Terdapat dua jenis eksiton, yakni eksiton Mott-Wannier, dan eksiton Frankel. Interaksi elektron-hole pada eksiton Mot-Wannier lemah dengan energi ikatnya
berada pada orde 10meV sehingga pasangan elektron-hole tersebut relatif terpisah jauh. Berbeda dengan eksiton Frankel dengan energi ikat berada pada orde
100meV, interaksi Coulomb antara elektron dan hole kuat Jurgen Henk, 2006
Gambar 2.10: Jenis-jenis eksiton Jurgen Henk, 2006
2.5. Cakupan Pengurungan
Terdapat tiga cakupan pengurungan yang terkait dengan struktur yang telah dibahas yakni cakupan pengurungan kuat, pengurungan menengah, pengurungan
lemah. Ketiga cakupan tersebut bergantung pada jari-jari Bohr eksiton Fatirahman Tri, 2002
•
Pengurungan kuat
Jenis pengurungan ini dapat dijumpai pada material nano berukuran kecil. Ukuran material lebih kecil dibandingkan dengan jari-jari Bohr elektron
dan jari-jari Bohr hole. Pada kondisi ini, sifat optic material sangat di dominasi oleh efek pengurungan kuantum dari elektron dan hole.
•
Pengurungan menengah
Pada kasus ini, ukuran material lebih besar dibandingkan dengan jari-jari Bohr salah satu pembawa muatan dan lebih kecil dibandingkan dengan
jari-jari Bohr pembawa muatan lainnya. Karena massa efektif elektron lebih kecil dibandingkan dengan massa efektif hole.
Universitas Sumatera Utara
•
Pengurungan Lemah
Pada kasus ini, energi ikat eksiton lebih besar dibandingkan dengan energi pengurungan elektron dan hole. Energi transisi optiknya adalah selisih
antara energi gab dan energi ikat eksiton.
Universitas Sumatera Utara
BAB III
SISTEM ATOM BUATAN QUANTUM DOT
Perkembangan fisika pada abad ke-19 cukup didominasi oleh keberhasilan hukum- hukum Newton dalam menjelaskan mekanika klasik dan persamaan-
persamaan Maxwell dalam menggambarkan fenomena elektromagnetik. Semua proses fisis dalam skala makroskopik daapat dijelaskan dengan hukum-hukum
klasik tersebut. Setelah ditemukannya fisika atom, teori klasik tidak mampu lagi menjelaskan fenomena fisis pada skala atomik. Kemudian Max Planck, seorang
ilmuwan Jerman mengawali revolusi teori baru yang cocok diterapkan untuk dunia mikroskopik elektron, inti, atom, dan molekul yang dikenal sebagai
mekanika kuantum L.P. Kouwenhoven, C.Marcus, 1998.
Kemajuan teknologi litografi yang dikendalikan industri komputerisasi memungkinkan fabrikasi piranti elektronik dengan sistem terkontrol berskala
nanometer nanotechnology pada akhir dekade ini, teknologi nanofabrikasi terus berlomba memproduksi struktur sangat tips ultra-thin structure yang didominasi
oleh efek fisika kuantum. Bidang sistem nano-struktur ini masih memiliki banyak peluang untuk diteliti guna menguak masalah-masalah fisisnya. Titik balik
pemahaman sifat elektron skala nanometer adalah keberhasilan dibuatnya beragam sistem struktur nano nanostructure dari heterojunction yang memiliki
kesamaan secara atomik Jurgen Henk, 2006.
Langkah umum yang ditempuh untuk membangun sistem dengan dimensi berskala nanometer ini adalah secara berjenjang mereduksi dimensi efektif
gerakan partikel. Mula-mula dari piranti berdimensi efektif tiga bulk system dengan partikel bergerak bebas ke seluruh ruangan dikungkung menjadi piranti
Universitas Sumatera Utara
berdimensi dua dengan prinsip sumur kuantum quantum well. Kemudian pembatasan pertikel sampai satu dimensi disebut dawai kuantum quantum wire,
dan pengungkungannya elektron untuk segala arah dalam ruang sampai nol dimensi disebut titik kuantum quantum dot. Evaluasi dari sistem berdimensi tiga
ke sistem berdimensi nol ini ditunjukkan pada Gambar 3.1. Abraha Kamsul,
2007.
Gambar 3.1: Sistem elekton berdimensi rendah dihubungkan dengan rapat
keadaan density of state, DOS Abraha Kamsul, 2007
Energi elektron bebas dalam bulk diketahui berupa fungsi parabolik vektor gelombang tiga dimensi pada sistem dua dimensi, seperti pada sumur kuantum,
gerak elektron terkungkung dalam satu dimensi misal pada arah-z maka elektron masih bebas bergerak dalam dua dimensi bidang x-y dan energi berupa fungsi
parabolik vektor gelombang dua dimensi. Pada arah-z, gerak elektron terkuantisasi dalam sub-pita diskret E. Lebih lanjut lagi, pengungkungan lateral
Universitas Sumatera Utara
gerak elektron menjadi satu dimensi dikenal sebagai dawai kuantum quantum wire dan pengungkungan gerak elektron sampai dimensi nol disebut sebagai titik
kuantum quantum dot. Pada quantum dot , energi E
inm
secara total akan diskret karena tidak ada gerakan bebas sama sekali, sehingga elektron tidak mempunyai
energi kinetik translasi Abraha Kamsul, 2007.
3.1 Sifat Semikonduktor GaAsAlGaAs
