电子在半导体多势垒结构中隧穿现象的研究与进展

文中以探索多势垒结构的电子隧穿物理及其器件结构与性能为出发点,论述了多势垒结构隧穿现象的研究与进展。概述了一维半导体异质结构隧穿现象的解析解和数值计算。重点介绍了电子通过半导体双势垒结构产生隧穿现象的研究进展,即电子通过双势垒结构横纵波矢的耦合行为与共振准能级及共振准能级寿命的解析计算。     

GaAs-AlxGa1-xAs双势垒结构中电子共振隧穿寿命

采用转移矩阵和数值计算相结合的方法求解含时Schrodinger方程,计算了电子在双势垒结构中的构建时间和隧穿寿命.结果表明:构建时间和隧穿寿命对于描述电子隧穿时间特性同等重要.通过研究隧穿时间对结构参数的依赖情况发现,隧穿寿命随阱宽和垒厚的增加而迅速增大.     

非对称耦合双阱中载流子共振隧穿和LO声子辅助隧穿的光学证据

用稳态光致发光研究了偏压下的GaAs/Ga_(0.65)Al_(0.35)As/GaAs非对称耦合双阱(ADQW)结构中电子的隧穿现象。清楚地观察到电子从窄阱到宽阱的共振隧穿和LO声子辅助隧穿效应,而且证明来自于GaAlAs势垒层中的类AlAs模式声子在LO声子辅助隧穿过程中占据主导地位。     

GaAs-AlxGa1-xAs双势垒结构中电子共振隧穿寿命

采用转移矩阵和数值计算相结合的方法求解含时Schrodinger方程,计算了电子在双势垒结构中的构建时间和隧穿寿命.结果表明:构建时间和隧穿寿命对于描述电子隧穿时间特性同等重要.通过研究隧穿时间对结构参数的依赖情况发现,隧穿寿命随阱宽和垒厚的增加而迅速增大.     

GaAs-AlxGa1-xAs双势垒结构中电子共振隧穿寿命

采用转移矩阵和数值计算相结合的方法求解含时Schrodinger方程，计算了电子在双势垒结构中的构建时间和隧穿寿命. 结果表明：构建时间和隧穿寿命对于描述电子隧穿时间特性同等重要. 通过研究隧穿时间对结构参数的依赖情况发现，隧穿寿命随阱宽和垒厚的增加而迅速增大.     

不对称双势垒结构中的非共振磁隧穿现象

本文系统研究了不对称GaAs/AlAs双势垒共振隧穿结构中非共振磁隧穿谱在正反偏压方向上的特征差异,并且用渡越电子沿正反方向隧穿通过双势垒结构时在势阱中停留时间的不同合理解释了实验结果。     

双势垒隧道发光结Ⅰ-Ⅴ特性中的负阻现象

制备了含两层绝缘层的双势垒结构隧道发光结,介绍了其结构特点,分析了电子在结中的共振隧穿特性。结合电子隧穿特性及结的发光机理,对结I-V特性中负阻现象的产生及其与表面等离极化激元激发发光的关系进行了研究。     

三势垒共振隧穿结构中极大增强的光生空穴共振隧穿

研究了电子隧穿出射端嵌入1.2 μm厚n型弱掺杂GaAs层的三势垒双阱隧穿结构,观察到了隧穿峰谷比高达36的光生空穴共振隧穿峰.研究证实1.2 μm厚n型弱掺杂GaAs层在光照下产生的大量光生空穴以及空穴隧穿出射端的23 nm宽的量子阱中量子化的空穴能级对空穴隧穿谷电流的限制作用,是导致高峰谷比的光生空穴隧穿现象的主要原因.     

小偏压下阱中阱结构的量子隧穿特性及其实现

共振隧穿是电子的隧穿概率在某一个能量值附近以尖锐的峰值形式出现的隧穿,是目前为止最有希望应用到实际电路和系统的量子器件之一,其特点是器件的响应速度非常快。本文用传递矩阵的方法分别计算了在外加偏压下,对称双势垒、三势垒应变量子阱结构的透射系数与入射电子能量和隧穿电流与偏置电压的关系,模拟了应变多量子阱结构的隧穿系数和I-V特性曲线。计算得到隧穿电流峰值位置与实验测试值符合得很好,对于设计共振隧穿二极管并为进一步实验提供理论指导具有重要的意义。     

耦合双量子点中基态电子的隧穿特性

介绍了以Si/SiO2系统构成的量子异或门的工作原理,研究了耦合不对称双量子点所构成的量子比特的电子隧穿特性.研究结果表明,通过栅压可很好地实现控制电子在两个量子点间共振隧穿,其隧穿时间随势垒厚度和量子点尺寸结构参数发生显著的变化.目前模拟的特征变化曲线表明,可获得实验上理想的隧穿时间(工作频率)和相应的栅压(工作电压).     

耦合双量子点中基态电子的隧穿特性

介绍了以Si/SiO2系统构成的量子异或门的工作原理,研究了耦合不对称双量子点所构成的量子比特的电子隧穿特性.研究结果表明,通过栅压可很好地实现控制电子在两个量子点间共振隧穿,其隧穿时间随势垒厚度和量子点尺寸结构参数发生显著的变化.目前模拟的特征变化曲线表明,可获得实验上理想的隧穿时间(工作频率)和相应的栅压(工作电压).     

任意势垒隧穿几率的一种高精度数值算法

基于龙格-库塔算法求解薛定谔方程,并对获得的数值结果进行分析得出精确的量子隧穿几率.通过适当的处理,该方法适用于任意势垒的情形.利用该方法计算了多种结构的隧穿几率,如抛物线型势垒及双势垒,获得了高精度的隧穿几率.同时计算了MOS结构的隧穿电流密度,结果与Fowler-Nordheim隧穿完全吻合,表明了该方法的适用性.     

任意势垒隧穿几率的一种高精度数值算法

基于龙格-库塔算法求解薛定谔方程,并对获得的数值结果进行分析得出精确的量子隧穿几率.通过适当的处理,该方法适用于任意势垒的情形.利用该方法计算了多种结构的隧穿几率,如抛物线型势垒及双势垒,获得了高精度的隧穿几率.同时计算了MOS结构的隧穿电流密度,结果与Fowler-Nordheim隧穿完全吻合,表明了该方法的适用性.     

超薄氧化层中的中性陷阱对隧穿电流的影响和应变诱导漏电流

用数值分析的方法讨论了中性陷阱对超薄场效应晶体管(MOSFET )隧穿电流的影响.中性陷阱引起势垒的变化在二氧化硅的导带中形成一个方形的势阱.对于不同的势垒变化,计算了电子隧穿氧化层厚度为4nm的超薄金属氧化物半导体结构的电流.结果表明,中性陷阱对隧穿电流的影响不能被忽略,中性陷阱的存在使隧穿电流增加,并且通过这个简单的模型能够理解应变诱导漏电流的产生机制.     

双势垒隧道发光结的结构特点及其性能分析

成功地制备了Cu-Al2O3-MgF2-Au及Si-SiO2-Al-Al2O3-Au两种结构双势垒隧道发光结。由于双势垒结中第二栅存在着不同的分立能级,电子存在共振隧穿效应,使双势垒隧道结发光光谱的波长范围及谱峰位置比普通单势垒隧道结均向短波方向发生了移动。对双势垒隧道发光结的I-V特性测试表明,I-V曲线中存在着明显的负阻区,分析表明,负阻现象与电子的隧穿特性、表面等离极化激元(SPP)的激发及SPP的耦合发光之间相互关联。     

超薄氧化层中的中性陷阱对隧穿电流的影响和应变诱导漏电流

用数值分析的方法讨论了中性陷阱对超薄场效应晶体管(MOSFET )隧穿电流的影响.中性陷阱引起势垒的变化在二氧化硅的导带中形成一个方形的势阱.对于不同的势垒变化,计算了电子隧穿氧化层厚度为4nm的超薄金属氧化物半导体结构的电流.结果表明,中性陷阱对隧穿电流的影响不能被忽略,中性陷阱的存在使隧穿电流增加,并且通过这个简单的模型能够理解应变诱导漏电流的产生机制.     

CoFe/Cu/MgAl_2O_4(001)/CoFe磁性隧道结的隧穿磁电阻效应

通过基于密度泛函理论和非平衡态格林函数的第一性原理计算,研究了CoFe/Cu/MgAl2O4(001)/CoFe磁性隧道结(MTJ)的隧穿磁电阻(TMR)效应。结果显示,在一个完整的MgAl2O4(001)晶胞上再添加三层绝缘势垒层不仅会得到更大的隧穿磁电阻,且可以得到一个相对较大的半峰值偏压Vhalf。通过在势垒层和电极之间插入非磁性材料Cu,引起隧穿磁电阻发生反转和振荡现象,分别用左端CoFe-Cu电极的态密度(DOS)和电子的自旋传输对这两种现象进行了讨论。前者主要是由于CoFe-Cu电极的态密度随Cu层的增加发生了变化,后者主要是因为隧穿电子在Cu层中形成量子阱态,发生多重散射引起的。     

多峰I—V特性的共振隧穿量子器件

讨论了电子对双势垒共振隧穿的现象和特性,较为详细地论述了近年来发展起来的具有多峰I—V特性的共振隧穿量子器件的原理、结构和电路应用,最后展望了这类器件的发展前景。     

多峰I—V特性的共振隧穿量子器件

讨论了电子对双势垒共振隧穿的现象和特性,较为详细地论述了近年来发展起来的具有多峰I—V特性的共振隧穿量子器件的原理、结构和电路应用,最后展望了这类器件的发展前景。     

一种精确求解超薄栅NMOS器件隧穿电流的模型

提出了一种精确求解隧穿电流的模型。通过自洽求解一维薛定谔方程和泊松方程,得到NMOS器件的半导体表面电势分布、反型层二维电子气的量子化能级以及对应的载流子浓度分布。为计算隧穿电流,采用了多步势垒逼近方法计算栅氧化物势垒层的隧穿几率,从而避免了WKB方法在突变边界处波函数不连续带来的缺陷。通过考虑(100)Si衬底的导带多能谷效应和栅极多晶硅耗尽效应,讨论了不同栅氧化层厚度下隧穿电流与栅压的依赖关系。模拟结果与实验数据吻合。