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半导体异质结构QPC特性分析软件及应用研究

作　者: 孙亚杰
导　师: 杜磊
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 材料学
关键词: QPC 非平衡格林函数量子输运电导散粒噪声
分类号: O471.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

出于研究半导体量子点接触(quantum point contact,QPC)的输运特性和设计电荷传感器的需要,本文建立了基于非平衡格林函数计算方法的QPC结构输运特性及噪声特性的数学模型和算法,在此基础上开发可用于QPC器件设计和研究的模拟软件。在半导体异质结构QPC的二维电子气层的静电势分布研究的基础上,建立了QPC结构输运特性和噪声特性的数学模型,设计基于非平衡格林函数方法的算法及计算流程,并进行程序的编写和软件实现。通过与解析计算结果及实验结果等的对比验证了模型及软件的正确性和适用性。将软件用于研究温度,尺寸等因素对于QPC输运特性及噪声的影响,模拟实验中观察到的0.7奇异性等效应。最后讨论了软件用于器件仿真和新特性研究的适用性。本课题所完成的半导体异质结QPC输运特性和噪声模型及模拟软件属于研发QPC实用性器件的奠基性工作,在模拟方法和理论模型与实用性器件设计之间具有桥梁的作用,对半导体QPC新特性的理论研究具有指导性意义。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 研究背景与意义  7-9
  1.2 论文结构  9-11
第二章半导体QPC结构及应用  11-21
  2.1 半导体QPC结构特点  11-13
  2.2 半导体QPC结构的输运特性  13-16
    2.2.1 弹道输运  13-14
    2.2.2 电导量子化  14-15
    2.2.3 噪声特性分析  15-16
  2.3 半导体QPC结构应用及要求  16-21
    2.3.1 电荷传感器概述  16-17
    2.3.2 QPC电荷传感器的重要特征参数  17-18
    2.3.3 传感器设计对QPC结构设计及性能的要求  18-21
第三章数学模型及算法的设计和软件实现  21-43
  3.1 数学模型的建立  21-30
    3.1.1 QPC结构静电势数学模型  21-24
    3.1.2 QPC结构输运特性数学模型  24-28
    3.1.3 QPC结构噪声特性数学模型  28-30
  3.2 计算方法的设计  30-40
    3.2.1 解析算法的设计及计算结果  30-33
    3.2.2 基于非平衡格林函数方法的算法设计  33-39
    3.2.3 两种算法的对比分析  39-40
  3.3 算法的软件实现  40-42
    3.3.1 非平衡格林函数方法的基本流程  40-41
    3.3.2 程序编译及软件实现  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章软件验证与应用  43-65
  4.1 软件模拟结果的验证  43-56
    4.1.1 电导特性模拟结果的验证  43-50
    4.1.2 噪声特性模拟结果的验证  50-55
    4.1.3 小结  55-56
  4.2 软件应用于QPC特性的分析  56-61
    4.2.1 温度及偏压对QPC特性的影响分析  56-58
    4.2.2 尺寸变化对QPC特性的影响分析  58-60
    4.2.3 0.7 反常现象模拟结果及分析  60-61
    4.2.4 小结  61
  4.3 软件在QPC器件仿真中的应用  61-63
    4.3.1 QPC器件设计中的仿真应用  61-62
    4.3.2 QPC特性研究中的应用  62-63
    4.3.3 需要改进的方向  63
  4.4 本章小结  63-65
第五章结论与展望  65-67
  5.1 论文总结  65
  5.2 展望  65-67
致谢  67-69
参考文献  69-73
发表论文情况  73-74

半导体异质结构QPC特性分析软件及应用研究

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