Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体量子结构材料和器件的研究与发展

简要介绍了量子结构材料与器件中的基本概念,重点介绍了量子结构的定义和量子尺寸效应的能带裁剪工程。以Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体为例,介绍了量子尺寸效应对于激子束缚能的影响。以此为基础,综述了Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体量子阱、量子点等量子结构材料以及量子结构器件在光电探测、发光器件与太阳能电池领域的研究现状,并总结了Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体量子结构材料与器件的发展趋势。

I VI化合物半导体量子结构材料和器件的研究与发展 I族—

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I-族化合物半导体量子结构 IVI材料和器件的研究与发展 De eo me to IVIS mio d co a t m v lp n fI— e c n u t rQu n u St u t r a e i l n v c s r c u e M t ra s a d De ie

郝建伟查钢强介万奇,, ( 1北京航空航天大学,京 1 0 9;北 0 1 1 2西北工业大学材料学院,西安 7 0 7 ) 1 0 2 HAO in we Z A n— in,I a— i Ja— i H Ga gq a g J E W n q,

( ia gUn v r iy Bej g 1 0 9 Chn; c o lo ae il S in e 1Beh n ie st, in 0 1 1, i a 2 S h o fM tras ce c, i No t we t r l t c n c lUn v r iy Xi a 0 2, i a r h s e n Po y e h ia i e st,’ n 7 0 7 Ch n ) 1摘要:要介绍了量子结构材料与器件中的基本概念,点介绍了量子结构的定义和量子尺寸效应的能带裁剪工程。简重

以 I V族化合物半导体为例,绍了量子尺寸效应对于激子束缚能的影响。以此为基础,述了 I VI化合物半导体 I I—介综 I族—量子阱、子点等量子结构材料以及量子结构器件在光电探测、光器件与太阳能电池领域的研究现状,总结了 I VI量发并 I —族化合物半导体量子结构材料与器件的发展趋势。

关键词: I族化合物半导体;子结构;子效应;子尺寸效应 I VI -量激量 中图分类号: TN3 4 2; 7 O . 5 O4 2文献标识码: A文章编号: 0 14 8 ( 0 1 0 0 70 1 0—3 12 1 )60 8—6

Ab ta t sr c:Th s c c nc p s o a t m s r t e ma e il nd de c s w e e s m ma ie e ba i o e t f qu n u t uc ur t ra s a vie r u rz d,a d t n he de i to ua um t u t r nd t ua t fnii n ofq nt s r c u ea he q n um ie e f c r

n r duc d s z f e twe e i t o e .Ta xa pl o h I ke e m ef r t e I— VIc mpo o und s mi o uc o e c nd t r,t e e f c ft a um ie e f c po x io n n ne g s i h fe to hequ nt sz f e tu n e ct n bi di g e r y wa n— t od e . Th r f e,t IVI c mpo d s m io uc or qu n um t u t r a e i l s h a ua r uc d e e or he I— o un e c nd t a t s r c u e m t ra s uc s q n— t r ls a ua u do s,a he a lc to e e o m e t o u we l nd q nt m t n nd t pp ia i n d v l p n fwhih i ot l c rc d t c i e c n ph oee ti e e ton d— v c s,lg mitng d v c s a o a elfe d we e a l e e r ly. ie i hte ti e i e nd s l r c l i l r nayz d g ne a l Ke r s:IV Ic y wo d I— ompo nd s m io u e c ndu t;qua u s r c u e;e c t f e t c or nt m t u t r x ion e f c;qu nt m ie e f c a u sz f e t

量子结构材料与器件是近年来光电信息功能材料与器件研制的一个前沿,的迅速发展是由信息技术它等应用需求和材料制备技术发展所决定的。当体系的 尺度可以与电子波长相比拟时,会产生量子效应, 就由此引发了量子结构材料与器件的发展_。此外, l]随着在纳米精度上的材料与器件的制备作技术的发展, 尤其是分子束外延技术 ( E)金属有机化学气相 MB和

意波长或激子玻尔半径相当时,电子和空穴在该方

向上的运动受到限制,体材相比,与电子失去该方向上的自由度,样的体系称为低维体系,这由于这些低维体系呈现出量子化的特征,被称为量子结构。图 1 示意画出了体材料和低维材料的结构及其态密度分布图。低维体系包括 2维、 1维和

0维体系,别在分 一

个方向、个方向和三个方向上对电子进行限制,两

沉积( MOC )术被广泛地用于人工半导体微结构 VD技 制作,际可控特征尺寸已精确到了生长方向上的单实个原子层,些先进的材料制作技术极大地推动了量这

由此衍生出超晶格和量子阱、子线、子点等低维量量 结构。在低维体系中,子的局域性和相干性增强,电 宏观固体的准连续能带消失了,现分立的能带或出

子结构材料与器件的发展。本工作拟以 I VI化合 I族— 物半导体为例,析半导体量子结构材料与器件的相分关原理、究现状及发展趋势。研

能级,使得低维体系的光、、、等物理性质与这热电磁体材料不同。许多新奇的物理性质在这些体系中被不断的揭示出来,此近年来低维体系的研究越来因 越受到重视。 量子尺寸效应 ( a tm i f c) Qu n u Sz E f t是指微结构 e e

1量子结构材料与器件的基础 当材料某一维度的尺寸小到可与电子的德布洛

材料的三维尺度中至少有一个与电子的德布罗意波长或激子波尔半径相当时,体材相比,子失去该方与电

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