低維半導體體系導納譜的研究.pdf

1、導納譜作為一種強有力的電學測試手段，在研究限制體系的能級結構，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，對于導納譜總是缺少系統(tǒng)的理論闡述和詳細的研究。本論文主要針對半導體中量子阱以及量子點結構的導納譜進行理論模型的構建和相關實驗的研究，以及對磁場存在的情況進行理論探討。 所謂導納譜主要指測量樣品的導納隨溫度變化的譜圖。對于材料的電導來說，都可以歸結于多種散射機制對載流子輸運性質(zhì)的影響的結果。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系，可以在弱場近似下推導出體系的交流電導電容的表達形式。據(jù)此表達式，可以建立樣品導納和量子限制體系中載流子中的發(fā)射率和俘獲率的關系。 對于發(fā)射率和俘獲率的計算，主要考慮在粒子數(shù)守恒下，采用半經(jīng)典的玻爾茲曼輸運方程描述粒子輸運的過程。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，利用費米黃金定則，計算出躍遷率中的矩陣元，進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，從而可以計算出樣品的電導。計算中，對于載流子和聲子考慮其統(tǒng)計分布，其中分布函數(shù)里包含溫度項，從而可以得到電導隨溫度的變化，即可模擬出導納譜來。 對于納米結構的材料來說，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的差異，或者考慮電場或磁場等外場的存在，這些因素最終都會反映在描述載流子所處的狀態(tài)的能級以及波函數(shù)上面。因此，對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，以及考慮不同的散射機制。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體，沒有極性電荷的影響，晶格振動模式中聲學支對載流子輸運起到主要作用，因此在模擬中我們主要考慮聲學聲子的影響。對于量子阱體系，主要采用有限深勢阱模型，結合一定的材料參數(shù)，給出不同強度的限制勢，然后進行討論計算。對于量子點體系，本文采用諧振子模型進行能級波函數(shù)計算