半導(dǎo)體共振隧穿及零維體系中全帶電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算.pdf

1、半導(dǎo)體低維結(jié)構(gòu)所具有的獨(dú)特物理性能促進(jìn)了新一代半導(dǎo)體器件的發(fā)展。近年來(lái)，半導(dǎo)體共振隧穿及零維量子點(diǎn)體系由于在自旋電子學(xué)和量子計(jì)算中具有潛在的應(yīng)用，受到人們廣泛的重視。本論文使用全帶kp計(jì)算方法研究了這兩種低維半導(dǎo)體系統(tǒng):一維共振隧穿和零維量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)體系。在GaN基共振隧穿二極管中，主要探究了界面電荷對(duì)其I-V性能的影響:在InxGal-xAs/GaAs金字塔型量子點(diǎn)中，分別比較了單帶和多帶計(jì)算方法對(duì)量子點(diǎn)能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算的影響，在此基礎(chǔ)上使

2、用全帶方法研究了量子點(diǎn)的尺寸和組分對(duì)體系能級(jí)和磁場(chǎng)下Zeeman分裂能的影響，探討了量子點(diǎn)體系在高磁場(chǎng)下自旋分裂能非線性的變化規(guī)律。研究結(jié)果對(duì)實(shí)際的低維半導(dǎo)體器件制作有一定的指導(dǎo)意義。主要內(nèi)容如下:
　　 一、采用非平衡格林函數(shù)方法，利用WinGrcen軟件研究了低溫下界面電荷對(duì)Al0.15Ga0.85N/GaN/Al0.15Ga0.85N共振隧穿二極管的I-V性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):共振隧穿能級(jí)及電壓峰位隨著界面電荷濃度的提高而

3、增加；與正界面電荷相比，右側(cè)負(fù)界面電荷對(duì)器件隧穿性能的影響更大。另外，共振隧穿二極管的I-V曲線峰谷比(PVR)在一定的界面電荷濃度范圍內(nèi)得到最大值。
　　 二、在InxGa1-xAs金字塔型量子點(diǎn)特性的研究中，我們分別采用了單帶和全帶計(jì)算模型對(duì)體系電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析。計(jì)算結(jié)果顯示:單帶和全帶模型下所得結(jié)果存在較大差異。尤其在禁帶寬度較小的半導(dǎo)體中，由于導(dǎo)帶-價(jià)帶以及輕-重空穴間存在較強(qiáng)的耦合，多能帶計(jì)算方法更能反應(yīng)低維結(jié)構(gòu)

4、體系的客觀物理規(guī)律。
　　 三、使用全帶模型計(jì)算了未加磁場(chǎng)、低磁場(chǎng)及高磁場(chǎng)下InxGa1-xAs金字塔型量子點(diǎn)的自旋能級(jí)特性，主要探討了量子點(diǎn)寬度、高度和組分等對(duì)體系的能級(jí)和Zeeman分裂能AE的影響。研究發(fā)現(xiàn):未加磁場(chǎng)時(shí)，改變量子點(diǎn)的尺寸參數(shù)可以不同程度地影響量了點(diǎn)的電子和空穴能級(jí):低磁場(chǎng)下，寬度、高度和組分在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，體系g因子的符號(hào)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，在一定條件下，g值可達(dá)到0，對(duì)應(yīng)的體系也經(jīng)歷了從負(fù)極化到無(wú)極化，