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各向异性与量子点平衡形态及应变分布研究

作　者: 江瑛
导　师: 周旺民
学　校: 浙江工业大学
专　业: 固体力学
关键词: 量子点各向异性平衡形态应变分布弹性弛豫
分类号: O471.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

半导体量子点以其特有的光电特性和极具潜力的应用前景,成为半导体领域的热点课题。纳米尺度的量子点结构对内部载流子具有较强的三维限制作用,表现出明显优于大块体材料的光学特性。为了得到具有优异光电特性的量子点器件,研究人员对影响量子点特性的内外因素进行了深入研究,分别从理论和实验两个方面进行探讨。在自组织生长过程中,各向异性值、热膨胀系数、晶格常数以及晶体对称性等物理参数都会对量子点的成核位置、分布排列、平衡形态以及应变分布产生重大影响。因此,研究各物理参数对异质外延量子点体系的影响便成为迫切需要解决的科学问题。目前,关于各向异性与自组织量子点的平衡形态及应变分布等的关系还没有系统性的定量研究。本文基于各向异性弹性理论的有限元方法对异质外延量子点进行了系统的研究,主要工作和成果如下:1.基于弹性理论和有限单元法研究了不同各向异性值孤立金字塔形量子点的应力、应变分布。研究表明,应变与应力主要集中在界面附近,在量子点内部由下往上,逐渐变小。量子点各向异性系数不同时,量子点内的应力、应变分布特征大体相同,数值略有差异。所有这些应变都会随着各向异性的增大而相应的增大。2.计算了不同各向异性值量子点的相关能量,得到了各向异性与平衡形态的函数关系。结果表明,应变弛豫能随着各向异性系数的增大而减小,量子点平衡高宽比随着各向异性数值的增大呈现先增大后减小的分布特征。当A =1时,即各向同性材料时,平衡高宽比数值最大。3.基于异质外延体系的热力学平衡理论和能量学理论研究了不同各向异性系数时量子点及外延体系的弹性弛豫、生长模式转变过程中临界体积和临界成核功。在相同高宽比下,各向异性系数愈大,应变弛豫能愈小,即愈不利于岛状生长。另外,量子点和外延体系的弛豫因子都随着高宽比的增加都不断降低,但量子点弛豫的应变能大于浸润层弛豫的应变能。临界成核体积、成核功以及临界转变体积都随着各向异性系数的增大而增大。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 低维材料简介  10-12
    1.1.1 低维材料的发展状况  10-11
    1.1.2 课题研究的必要性  11-12
  1.2 量子点的研究现状  12-14
    1.2.1 自组装量子点研究进展  12-13
    1.2.2 自组装量子点研究中存在的问题  13-14
  1.3 研究内容和研究方法  14-15
第2章量子点材料概述及有限单元法  15-32
  2.1 半导体材料概述  15-18
    2.1.1 低维半导体材料概述  15-17
    2.1.2 半导体量子点材料的特殊效应  17-18
  2.2 量子点材料生长技术  18-20
  2.3 异质外延生长  20-25
    2.3.1 外延生长理论模型  20-21
    2.3.2 外延生长模式  21-22
    2.3.3 SK 模式的生长机理  22-25
  2.4 弹性理论  25-27
  2.5 有限单元法  27-32
    2.5.1 有限单元法的思想  28
    2.5.2 有限单元法的优点  28
    2.5.3 最小势能原理  28-29
    2.5.4 有限单元法基本步骤  29-32
第3章各向异性与量子点的应力应变分布  32-41
  3.1 量子点几何模型与本构方程  32-35
  3.2 量子点应力应变分布  35-40
  3.3 本章总结  40-41
第4章各向异性与相关能量及平衡形态  41-48
  4.1 量子点能量分析  41-42
    4.1.1 各向异性系数  41-42
    4.1.2 量子点相关能量  42
  4.2 各向异性与平衡形态  42-46
  4.3 本章小结  46-48
第5章各向异性与弹性弛豫及能量势垒  48-56
  5.1 层状生长模式与混合生长模式的热力学原理  48-50
  5.2 各向异性与弹性弛豫  50-52
  5.3 各向异性与能量势垒  52-55
  5.4 本章小结  55-56
第6章结论与展望  56-58
  6.1 论文总结  56-57
  6.2 展望  57-58
附录  58-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
攻读学位期间参加的科研项目和成果  63

各向异性与量子点平衡形态及应变分布研究

内容摘要

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