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一维强关联体系下的双电子隧穿

作　者: 程福平
导　师: 盛卫东
学　校: 复旦大学
专　业: 理论物理
关键词: 共隧穿双电子输运库伦阻塞
分类号: O413.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 36次
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内容摘要

随着半导体技术的发展,现在半导体器件的尺寸已经可以做到纳米量级。量子力学原理指出,当器件尺寸下降到纳米量级甚至更小时,其特性将会发生很大的变化,量子现象将会占据主导地位。由量子效应主导的器件只需要消耗较少能量就可以工作,同时性能也能大幅度提高,这正是人们研究量子器件及量子计算机的主要动力。根据以往半导体器件发展的轨迹,我们知道要设计出性能优良的器件往往需要成熟的数值模拟来指导。目前,人们已经熟知单电子隧穿的物理机制,在数值计算方面也发展出了散射矩阵、格林函数以及模式匹配等计算方法,它们能够很好地模拟单电子隧穿的物理过程。然而对于强关联体系下多电子输运和共隧穿等现象,大部分理论还只能停留在唯象模型的层面。虽然唯象模型在解释这些现象上已取得了一定成功,但是由于其天生的缺陷,大多数情形下并不能够精确地给出多电子系统的透射系数,从而人们只能够停留在根据实验现象构造唯象模型来理解其中的物理机制。这里,我们利用已有的单电子隧穿模型为基础,建立了一套新的微观模型来研究一维双电子输运问题。通过把一维双电子体系等效为二维单电子情形,在加入相应的边界条件以及波函数对称化条件之后,我们得到了双电子顺序隧穿和共隧穿的透射系数。通过比较,我们发现双电子顺序隧穿共振峰出现在双电子的总能量正好和等于双电子在势阱中的准束缚态能级相一致的情况下。除了双电子顺序隧穿之外,我们还得到了共隧穿的透射系数。在库仑阻塞区域中,顺序共振隧穿被抑制,共隧穿过程遂成为主要的输运机制。我们详细研究了两种共隧穿情形,即隧穿前后的电子能量保持不变(弹性共隧穿)和隧穿过程发生后量子阱中的电子被激发到更高的能级(非弹性共隧穿)。我们发现多数情形下数值结果与唯像理论符合得很好。同时我们也得到了唯像理论所无法给出的共隧穿电导随体系结构参数如势阱深度,势垒高度以及势垒宽度的变化关系。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
第一章绪论  6-14
  §1.1 引言  6-9
  §1.2 量子尺寸效应  9-14
    §1.2.1 量子化电导  11-12
    §1.2.2 电子的弹道输运  12-13
    §1.2.3 库伦阻塞  13-14
第二章一维单电子输运  14-26
  §2.1 引言  14-15
  §2.2 一维单电子输运理论  15-23
    §2.2.1 单矩形对称势垒  15-19
    §2.2.2 完全对称双矩形势垒  19-23
  §2.3 一维单电子隧穿的数值解法  23-26
第三章二维单电子输运  26-32
  §3.1 引言  26
  §3.2 模式匹配方法  26-30
    §3.2.1 模式匹配方法简介  26-29
    §3.2.2 拐弯波导的透射系数  29-30
  §3.3 二维单电子隧穿的数值解法  30-32
第四章一维双电子输运  32-50
  §4.1 引言  32
  §4.2 一维双电子输运  32-41
    §4.2.1 电子模式匹配技术  32-34
    §4.2.2 双电子透射系数  34-41
  §4.3 库伦阻塞和共隧穿  41-50
总结  50-52
参考文献  52-56
致谢  56-57

一维强关联体系下的双电子隧穿

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