实际上这里说的低维半导体材料 （图３５）就是纳米材料。从本质上看，发展纳米科学
图３５ 低维半导体材料
技术的重要目的之一，就是人们能在原子、分子或者纳
米的尺度水平上来控制和制造功能强大、性能优越的纳
米电子、光电子器件和 电 路，纳 米 生 物 传 感 器 件 等，以
造福人类。可以预料，纳米科学技术的发展和应用将彻
底改变人们的生产和生活方式。
电子在块体材料里，在三个维度的方向上都可以自
由运动。但当材料的特征尺寸在一个维度上比电子的平
均自由程相比更小的时候，电子在这个方向上的运动会
受到限制，电 子 的 能 量 不 再 是 连 续 的， 而 是 量 子 化 的，
称这种材料为超晶格、量子阱材料。量子线材料就是电子只能沿着量子线方向自由运动，另
外两个方向上受到限制；量子点材料是指在材料三个维度上的尺寸都要比电子的平均自由程
小，电子在三个方向上都不能自由运动，能量在三个方向上都是量子化的。
由于上述的原因，电子的态密度函数也发生了变化，块体材料是抛物线，电子在这上面
可以自由运动；如果是量子点材料，它的态密度函数就像是单个的分子、原子那样，完全是
孤立的函数分布，基于这个特点，可制造功能强大的量子器件。
大规模集成电路的存储器是靠大量电子的充放电实现的。大量电子的流动需要消耗很多
能量导致芯片发热，从而限制了集成度，如果采用单个电子或几个电子做成的存储器，不但
集成度可以提高，而且功耗问题也可以解决。目前的激光器效率不高，因为激光器的波长随
着温度变化，一般来说随着温度增高波长要红移，所以现在光纤通信用的激光器都要控制温
度。如果能用量子点激光器代替现有的量子阱激光器，这些问题就可迎刃而解了。
基于 ＧａＡｓ和ＩｎＰ基的超晶格、量子阱材料已经发展得很成熟，广泛地应用于光通信、
移动通信、微波通信的领域。量子级联激光器是一个单极器件，是近十多年才发展起来的一
种新型中、远红外光源，在自由空间通信、红外对抗和遥控化学传感等方面有着重要应用前
景。它对 ＭＢＥ 制备工艺要求很高，整个器件结构几百到上千层，每层的厚度都要控制在零
点几个纳米的精度，中国在此领域做出了国际先进水平的成果；又如多有源区带间量子隧穿
第三章 新型半导体工业用化学品 ６３
输运和光耦合量子阱激光器，它具有量子效率高、功率大和光束质量好的特点，中国已有很
好的研究基础；在量子点 （线）材料和量子点激光器等研究方面也取得了令国际同行瞩目的
成绩。
