InAs量子点波函数特性研究

• 作 者: 周大明
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 砷化铟量子点 二维电子气 耦合效应 能级结构 激发态 波函数

半导体有许多独特的物理性质，这与半导体中电子的状态及其运动特点有密切关系。近年来，科学家们对载流子的操控手段越来越强，使得半导体电子学发展很快。另一方面，人工结构半导体的能带工程也取得长足发展。在这些半导体新材料体系中，量子点却非常有趣和独特，除了具有类原子一样的量子效应外，在量子信息传输和光学领域等也得到很好的应用，所以获得广泛关注。　　近来发展的量子点新型器件制造，需要对量子点和里面的电荷载流子特性有很好的了解。在本论文中，重点关注量子点和与邻近的量子阱内电子耦合效应。首先，我们简要介绍了量子点的能级结构理论模型，以及量子点和二维电子气的耦合机理。接下来，我们还计算了磁场下椭圆形量子点激发态波函数相互混合的过程。　　论文的主要部分涉及对量子点的实验研究:量子点共振隧穿二极管器件中，InAs量子点的充放电状态能严重影响器件隧穿电流，器件的这个物理特性适合用来做光探测器。在接下来的章节，研究了自组装InAs量子点和二维电子气的耦合效应。具体地说，通过测试电子的隧穿速率，研究量子点与背电极中电子波函数的重叠程度。通过在量子阱平面内加一个磁场，我们就可以调整隧穿电子初末态的动量耦合强度，从而描绘出量子点的波函数。　　最后，我们把场效应管器件加工成分裂栅结构，在沟道耗尽时，观察到源漏极间，由于量子阱平面内应力致量子点局域能级发生的共振隧穿电流。进一步，如果在两分裂栅之间的空白处引入一个金属顶栅，就可以通过它调节下面的自组装量子点的势能。这样，就可以通过跨导法测试量子点的分离能级。通过这种方式，我们实现了最少可以测试几十个量子点的量子态。