低維半導(dǎo)體體系導(dǎo)納譜的研究.pdf

1、導(dǎo)納譜作為一種強(qiáng)有力的電學(xué)測(cè)試手段，在研究限制體系的能級(jí)結(jié)構(gòu)，激活能，以及不同材料間的帶階等方面起著重要的作用。但是，對(duì)于導(dǎo)納譜總是缺少系統(tǒng)的理論闡述和詳細(xì)的研究。本論文主要針對(duì)半導(dǎo)體中量子阱以及量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)納譜進(jìn)行理論模型的構(gòu)建和相關(guān)實(shí)驗(yàn)的研究，以及對(duì)磁場(chǎng)存在的情況進(jìn)行理論探討。 所謂導(dǎo)納譜主要指測(cè)量樣品的導(dǎo)納隨溫度變化的譜圖。對(duì)于材料的電導(dǎo)來說，都可以歸結(jié)于多種散射機(jī)制對(duì)載流子輸運(yùn)性質(zhì)的影響的結(jié)果。根據(jù)穩(wěn)態(tài)情況下量子限制層

2、中發(fā)射和俘獲載流子的平衡關(guān)系，可以在弱場(chǎng)近似下推導(dǎo)出體系的交流電導(dǎo)電容的表達(dá)形式。據(jù)此表達(dá)式，可以建立樣品導(dǎo)納和量子限制體系中載流子中的發(fā)射率和俘獲率的關(guān)系。 對(duì)于發(fā)射率和俘獲率的計(jì)算，主要考慮在粒子數(shù)守恒下，采用半經(jīng)典的玻爾茲曼輸運(yùn)方程描述粒子輸運(yùn)的過程。在粒子從束縛態(tài)，躍遷到限制外的連續(xù)態(tài)過程中，有各種各樣的影響因素。把這些影響因素作為微擾，利用費(fèi)米黃金定則，計(jì)算出躍遷率中的矩陣元，進(jìn)而考慮粒子的所有初末狀態(tài)，積分得到發(fā)射率

3、和俘獲率，從而可以計(jì)算出樣品的電導(dǎo)。計(jì)算中，對(duì)于載流子和聲子考慮其統(tǒng)計(jì)分布，其中分布函數(shù)里包含溫度項(xiàng)，從而可以得到電導(dǎo)隨溫度的變化，即可模擬出導(dǎo)納譜來。 對(duì)于納米結(jié)構(gòu)的材料來說，往往存在由尺寸引起的量子限制作用。無論是量子阱，量子線，量子環(huán)或是量子點(diǎn)不同形狀或維度的限制，或者是由于材料不同引起的限制勢(shì)的差異，或者考慮電場(chǎng)或磁場(chǎng)等外場(chǎng)的存在，這些因素最終都會(huì)反映在描述載流子所處的狀態(tài)的能級(jí)以及波函數(shù)上面。因此，對(duì)于不同的納米材料和

4、不同量子體系，該模型需要調(diào)整的只是采用不同的載流子限制勢(shì)，以及考慮不同的散射機(jī)制。因此，該模型具有非常廣泛的適用性。在本論文中主要討論的是鍺硅等Ⅳ族材料。由于該體系屬于非極性半導(dǎo)體，沒有極性電荷的影響，晶格振動(dòng)模式中聲學(xué)支對(duì)載流子輸運(yùn)起到主要作用，因此在模擬中我們主要考慮聲學(xué)聲子的影響。對(duì)于量子阱體系，主要采用有限深勢(shì)阱模型，結(jié)合一定的材料參數(shù)，給出不同強(qiáng)度的限制勢(shì)，然后進(jìn)行討論計(jì)算。對(duì)于量子點(diǎn)體系，本文采用諧振子模型進(jìn)行能級(jí)波函數(shù)計(jì)算