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不同维度半导体电子态之间隧穿机制的研究

作　者: 楚亮
导　师: 韦文生
学　校: 温州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 不同维度电子态传输哈密顿法转移矩阵法纳米硅/晶体硅异质结隧穿
分类号: O471.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文系统研究了不同维度电子态的隧穿输运,比较了转移矩阵法与传输哈密顿法研究不同维度电子态隧穿的联系,模拟分析了纳米硅/晶体硅异质结中低维电子态之间的隧穿对不同维度参数的依赖性,讨论了二维(2D)到一维(1D)的隧穿输运,并且利用传输哈密顿法推导了不同维度发射极双势垒共振结构的隧穿输运表达式,进一步探讨了不同维度电子态之间隧穿输运的一般表达式。首先,简要介绍不同维度半导体电子态的隧穿输运体系,利用传输哈密顿法以及量子阱到量子点的隧穿模型,详细推导了2D量子阱到零维(0D)量子点的隧穿几率表达式,模拟分析了纳米硅/晶体硅异质结中界面量子阱到硅量子点的隧穿几率随量子阱的宽度、深度,量子点大小的变化。量子阱的度宽越大,隧穿几率越小;量子阱的深度越大,隧穿几率越小。随着量子点大小的变化,量子阱到量子点的隧穿几率存在峰值。在器件设计上,应根据器件的性能综合考虑量子阱的深度、宽度以及量子点的大小对隧穿输运的影响。其次,基于量子阱到量子线的隧穿模型和传输哈密顿法,推导了2D到1D的隧穿几率表达式。模拟分析了硅异质结界面量子阱到硅纳米线的隧穿输运特性,隧穿几率随外加电压或量子线半径的增大而增大。分析结果可为以硅纳米线为传输通道的量子器件的设计提供思路,也可启发其他低维半导体器件的研究。最后,系统分析不同维度电子态的隧穿输运,比较转移矩阵法和传输哈密顿法求解隧穿输运特性的特点,并且利用传输哈密顿法推导不同维度发射极双势垒共振隧穿结构的电输运表达式,总结形成不同维度电子态隧穿输运的一般表达式。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-12
  1.1 量子输运理论  8-11
    1.1.1 3D 态与2D 态之间的隧穿输运  8-9
    1.1.2 3D 态与1D 态之间的隧穿输运  9
    1.1.3 3D 态与0D 态之间的隧穿输运  9
    1.1.4 2D 态与1D 态之间的隧穿输运  9-10
    1.1.5 2D 态与0D 态之间的隧穿输运  10-11
    1.1.6 1D 态与0D 态之间的隧穿输运  11
  1.2 不同维度电子态的隧穿输运  11-12
第二章不同维度电子态隧穿的理论基础  12-22
  2.1 引言  12
  2.2 转移矩阵法  12-17
  2.3 传输哈密顿法  17-22
    2.3.1 与时间相关的传输哈密顿法  17-20
    2.3.2 传输矩阵元的变换  20-22
第三章纳米硅/晶体硅异质结中低维电子态之间的隧穿  22-35
  3.1 引言  22
  3.2 2D 态与0D 态之间的隧穿模型  22-25
  3.3 2D 态与0D 态之间隧穿几率的计算  25-34
    3.3.1 隧穿几率表达式的推导  25-27
    3.3.2 隧穿几率模拟分析  27-34
  3.4 结论  34-35
第四章量子阱到量子线隧穿的研究  35-46
  4.1 引言  35
  4.2 2D 态与1D 态之间的隧穿模型  35-38
  4.3 2D 态与1D 态之间的隧穿几率的求解  38-44
  4.4 总结  44-46
第五章不同维度电子态隧穿输运的一般表达式  46-55
  5.1 引言  46
  5.2 不同维度发射极的双势垒共振隧穿结构的隧穿  46-52
  5.3 不同维度电子态隧穿输运的一般表达式  52-54
  5.4 结论  54-55
第六章总结与展望  55-57
  6.1 总结  55-56
  6.2 展望  56-57
参考文献  57-62
致谢  62-63
攻读硕士期间发表的学术论文  63

不同维度半导体电子态之间隧穿机制的研究

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