低维量子器件物理PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 低维量子器件的发展历史 1

1.1.1 低维电子输运器件 1

1.1.2 低维光电子器件 3

1.2 低维量子器件的未来预测 5

1.2.1 纳米光子器件 5

1.2.2 磁性纳米器件 5

1.2.3 有机纳米器件 6

1.2.4 量子信息处理器件 6

参考文献 8

第2章 低维量子结构的物理性质 9

2.1 低维量子结构的能带特征 9

2.1.1 异质结的能带特点 9

2.1.2 AlxGa1-xAs/GaAs调制掺杂异质结 10

2.1.3 GexSi1-x/Si异质结 11

2.1.4 超晶格的能带结构 12

2.2 低维量子结构中的电子状态 13

2.2.1 调制掺杂异质结三角形势阱中的电子状态 14

2.2.2 二维量子阱中的电子状态 15

2.2.3 一维量子线中的电子状态 17

2.2.4 零维量子点中的电子状态 19

2.3 低维量子结构中的激子状态 20

2.3.1 量子阱中的激子 21

2.3.2 量子点中的激子 22

2.4 低维量子结构中的载流子输运 23

2.4.1 二维电子气的散射机构 23

2.4.2 双势垒结构的共振隧穿输运 26

2.4.3 异质结中热电子的实空间转移 28

2.4.4 零维体系的库仑阻塞现象 30

2.5 低维量子体系的光学性质 32

2.5.1 量子阱中的二维激子特性 32

2.5.2 量子阱的发光特性 36

2.5.3 零维体系的量子尺寸效应 37

参考文献 40

第3章 异质结双极晶体管 42

3.1 HBT的器件结构 42

3.1.1 AlGaAs/GaAs HBT 42

3.1.2 InGaP/GaAs HBT 43

3.1.3 InGaAs/InP HBT 44

3.1.4 SiGe/Si HBT 44

3.2 不同能带形式的HBT 45

3.2.1 宽带隙发射区HBT 45

3.2.2 缓变基区HBT 46

3.2.3 宽带隙集电区HBT 47

3.3 HBT中的载流子输运过程 47

3.3.1 宽带隙发射区HBT中的载流子输运 48

3.3.2 缓变基区HBT中的载流子输运 48

3.3.3 HBT发射区-基区空间电荷区中的载流子复合 49

3.3.4 宽带隙集电区HBT中的载流子输运 51

3.4 HBT的器件特性 52

3.4.1 电流增益 52

3.4.2 电流-电压特性 54

3.4.3 频率特性 56

3.4.4 温度特性 58

3.5 SiGe/Si HBT的器件性能 59

参考文献 61

第4章 高电子迁移率晶体管 63

4.1 调制掺杂异质结中的二维电子气 63

4.1.1 2DEG的面密度 63

4.1.2 2DEG的迁移率 65

4.2 HEMT的工作特性 66

4.2.1 阈值电压 66

4.2.2 跨导 68

4.2.3 电流-电压特性 68

4.2.4 电容-电压特性 71

4.3 高频逻辑HEMT 72

4.3.1 低噪声HEMT 72

4.3.2 大功率HEMT 73

4.4 GaN基HEMT 74

4.4.1 GaN基异质结中的2DEG 74

4.4.2 GaN基HEMT的工作特性 75

4.5 δ掺杂场效应晶体管 76

参考文献 77

第5章 共振隧穿电子器件 79

5.1 不同势垒结构的隧穿特性 79

5.1.1 单势垒结构的隧穿 79

5.1.2 双势垒结构的共振隧穿 80

5.1.3 多势垒结构的顺序共振隧穿 81

5.2 共振隧穿二极管 82

5.2.1 RTD的共振隧穿电流密度 82

5.2.2 RTD的响应速度 84

5.2.3 结构参数对RTD输运特性的影响 85

5.3 共振隧穿晶体管 86

5.3.1 对称双势垒结构RTT 87

5.3.2 量子阱与超晶格基区RTT 88

5.3.3 共振隧穿热电子晶体管 89

5.4 负阻场效应晶体管 89

5.5 转移电子器件 91

参考文献 93

第6章 单电子输运器件 95

6.1 单电子箱 95

6.2 单电子和单光子旋转门器件 96

6.2.1 单电子旋转门器件 96

6.2.2 单光子旋转门器件 97

6.3 单电子泵 98

6.4 单电子存储器 99

6.4.1 单电子存储器的工作原理 99

6.4.2 浮栅量子点单电子存储器 101

6.5 单电子晶体管 103

6.5.1 SET的工作原理 103

6.5.2 SET的噪声特性 104

6.5.3 SET的灵敏度 104

6.5.4 电容型SET 105

6.5.5 电阻型SET 106

6.5.6 射频SET 109

6.5.7 单电子CCD 110

6.6 库仑阻塞测温计 111

参考文献 111

第7章 量子结构激光器 113

7.1 量子阱激光器 113

7.1.1 量子阱激光器的性能特点 113

7.1.2 量子阱激光器的结构类型 113

7.1.3 量子阱激光器的工作原理 115

7.1.4 量子阱激光器的性能参数 116

7.1.5 垂直腔面发射量子阱激光器 122

7.2 量子点激光器 123

7.2.1 量子点激光器的物理性能 123

7.2.2 量子点激光器对材料性质的要求 126

7.2.3 几种典型的量子点激光器 127

7.2.4 量子点光放大器 129

7.3 量子级联激光器 130

7.3.1 QC激光器的物理特性 130

7.3.2 QC激光器的工作原理 131

7.3.3 QC激光器的性能参数 133

7.3.4 几种典型的QC激光器 133

参考文献 135

第8章 量子结构红外探测器 136

8.1 光探测器的性能参数 136

8.2 pin型光探测器 137

8.2.1 基本工作原理 137

8.2.2 光产生电流分析 138

8.3 雪崩光电探测器 140

8.3.1 APD的工作原理 140

8.3.2 各种改进型的APD 142

8.4 量子阱红外探测器 144

8.4.1 QWIP的结构类型 144

8.4.2 QWIP的光谱响应率 145

8.4.3 QWIP的探测率 145

8.5 量子点红外探测器 146

8.5.1 量子点红外探测器的性能 146

8.5.2 不同类型的量子点红外探测器 146

8.6 太赫兹单光子探测器 149

8.6.1 双量子点单光子探测器 149

8.6.2 单量子点单光子探测器 150

8.6.3 双量子阱单光子探测器 151

8.7 量子限制斯塔克效应器件 152

参考文献 153

第9章 量子结构太阳电池 154

9.1 太阳电池的光伏参数 154

9.1.1 短路电流密度 154

9.1.2 开路电压 155

9.1.3 填充因子 156

9.1.4 功率转换效率 157

9.1.5 Shockley-Queisser极限效率 158

9.2 量子阱太阳电池 159

9.2.1 量子阱结构中的光吸收 159

9.2.2 量子阱太阳电池的结构组态与光电流密度 160

9.3 量子点太阳电池 162

9.3.1 pin结构量子点太阳电池 162

9.3.2 量子点激子太阳电池 165

9.3.3 量子点中间带太阳电池 169

参考文献 172

第10章 其他低维量子器件简介 174

10.1 自旋电子器件 174

10.1.1 自旋场效应晶体管 174

10.1.2 弹道自旋晶体管 175

10.1.3 自旋发光器件 176

10.2 单分子器件 177

10.2.1 单电子隧穿型单分子晶体管 177

10.2.2 内部机械运动型单分子晶体管 178

10.2.3 分子存储器 180

10.3 量子点网络自动机 180

10.4 超导量子器件 182

10.5 Si基自旋量子计算机 183

参考文献 184