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半导体异质结构QPC静电势数值分析

作　者: 康宇
导　师: 杜磊
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 异质结构 QPC 二维电子气自洽计算数值算法
分类号: O471.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 27次
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内容摘要

为了设计以半导体异质结构量子点接触(QPC)为基础的器件,需要掌握QPC结构中静电势的分布及其控制方法。本文研究QPC中静电势的数值计算方法,并分析影响QPC静电势的因素。本文从QPC应用于灵敏电荷探测器的原理和发展现状出发,研究了QPC的基本结构和特性,分析了QPC用作灵敏电荷探测器的原理和影响因素,确定了QPC静电势的研究方向。在对QPC结构和QPC静电势影响因素研究的基础上,建立了QPC器件的物理模型,并根据量子力学方法,建立了QPC静电势计算的准3D数学模型。本文采用有限差分算法,对有效质量方程和泊松方程进行了准3D自洽求解,得到了QPC静电势和内部电子密度的分布。根据计算得到的结果,分析栅极结构,栅极电压等对QPC静电势分布特性和大小的影响,讨论了栅极形状,栅极面积和栅极电压影响下的QPC电势的变化情况,并将求得电势的数值结果,代入到QPC电导计算的程序中,实现了QPC静电势数值结果在QPC电导计算中的应用。本文对于QPC器件设计和优化有着理论上和工程上的指导作用,为开发QPC设计的CAD工具奠定了基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-9
  1.1 研究背景和意义  7-8
  1.2 论文结构  8-9
第二章基于异质结结构的QPC原理和应用  9-23
  2.1 QPC的特性和结构  9-11
    2.1.1 QPC的结构  9-10
    2.1.2 QPC的特性和应用于单电荷测量的原理  10-11
  2.2 QPC静电势的影响作用  11-14
    2.2.1 QPC静电势对2DEG的限制作用  11-12
    2.2.2 QPC静电势对电导量子化的影响  12-14
  2.3 QPC的应用及要求  14-22
    2.3.1 QPC电荷传感器  14-16
    2.3.2 QPC电荷传感器的参数及设计要求  16-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章 QPC静电势的数值计算方法研究  23-39
  3.1 QPC结构和物理模型  23-28
    3.1.1 半导体异质结构QPC结构分析  23-24
    3.1.2 QPC物理模型的建立  24-28
  3.2 QPC静电势的数学模型  28-33
    3.2.1 半导体器件静电势计算模型分析  28-29
    3.2.2 QPC数学模型的建立  29-33
  3.3 QPC静电势的数值计算方法  33-37
    3.3.1 QPC结构静电势计算的准3D数值算法  33-35
    3.3.2 QPC结构静电势计算的边界条件处理  35
    3.3.3 QPC静电势数值计算方法的实现  35-37
  3.4 本章小结  37-39
第四章 QPC静电势数值计算方法验证和数值结果分析  39-59
  4.1 QPC静电势的计算软件验证  39-48
    4.1.1 QPC静电势计算算法的验证  39-41
    4.1.2 数值结果和传统解析结果的对比验证  41-47
    4.1.3 实际应用的结果分析验证  47
    4.1.4 验证总结  47-48
  4.2 QPC静电势数值计算结果及讨论  48-50
  4.3 QPC静电势计算结果的应用  50-57
    4.3.1 不同栅极形状下的QPC静电势分析  50-54
    4.3.2 不同栅极间距和栅压下的QPC静电势分析  54-56
    4.3.3 QPC静电势应用于电导计算  56-57
  4.4 本章小结  57-59
第五章总结和展望  59-61
  5.1 研究成果和主要结论  59
  5.2 后续研究方向和展望  59-61
致谢  61-63
参考文献  63-67
在校期间研究成果  67-68

半导体异质结构QPC静电势数值分析

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