目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 低維量子器件的發(fā)展歷史 1
1.1.1 低維電子輸運器件 1
1.1.2 低維光電子器件 3
1.2 低維量子器件的未來預測 5
1.2.1 納米光子器件 5
1.2.2 磁性納米器件 5
1.2.3 有機納米器件 6
1.2.4 量子信息處理器件 6
參考文獻 8
第2章 低維量子結構的物理性質 9
2.1 低維量子結構的能帶特征 9
2.1.1 異質結的能帶特點 9
2.1.2 AlxGa1-xAs/GaAs調制摻雜異質結 10
2.1.3 GexSi1-x/Si異質結 11
2.1.4 超晶格的能帶結構 12
2.2 低維量子結構中的電子狀態(tài) 13
2.2.1 調制摻雜異質結三角形勢阱中的電子狀態(tài) 14
2.2.2 二維量子阱中的電子狀態(tài) 15
2.2.3 一維量子線中的電子狀態(tài) 17
2.2.4 零維量子點中的電子狀態(tài) 19
2.3 低維量子結構中的激子狀態(tài) 20
2.3.1 量子阱中的激子 21
2.3.2 量子點中的激子 22
2.4 低維量子結構中的載流子輸運 23
2.4.1 二維電子氣的散射機構 23
2.4.2 雙勢壘結構的共振隧穿輸運 26
2.4.3 異質結中熱電子的實空間轉移 28
2.4.4 零維體系的庫侖阻塞現象 30
2.5 低維量子體系的光學性質 32
2.5.1 量子阱中的二維激子特性 32
2.5.2 量子阱的發(fā)光特性 36
2.5.3 零維體系的量子尺寸效應 37
參考文獻 40
第3章 異質結雙極晶體管 42
3.1 HBT的器件結構 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 不同能帶形式的HBT 45
3.2.1 寬帶隙發(fā)射區(qū)HBT 45
3.2.2 緩變基區(qū)HBT 46
3.2.3 寬帶隙集電區(qū)HBT 47
3.3 HBT中的載流子輸運過程 47
3.3.1 寬帶隙發(fā)射區(qū)HBT中的載流子輸運 48
3.3.2 緩變基區(qū)HBT中的載流子輸運 48
3.3.3 HBT發(fā)射區(qū)-基區(qū)空間電荷區(qū)中的載流子復合 49
3.3.4 寬帶隙集電區(qū)HBT中的載流子輸運 51
3.4 HBT的器件特性 52
3.4.1 電流增益 52
3.4.2 電流-電壓特性 54
3.4.3 頻率特性 56
3.4.4 溫度特性 58
3.5 SiGe/Si HBT的器件性能 59
參考文獻 61
第4章 高電子遷移率晶體管 63
4.1 調制摻雜異質結中的二維電子氣 63
4.1.1 2DEG的面密度 63
4.1.2 2DEG的遷移率 65
4.2 HEMT的工作特性 66
4.2.1 閾值電壓 66
4.2.2 跨導 68
4.2.3 電流-電壓特性 68
4.2.4 電容-電壓特性 71
4.3 高頻邏輯HEMT 72
4.3.1 低噪聲HEMT 72
4.3.2 大功率HEMT 73
4.4 GaN基HEMT 74
4.4.1 GaN基異質結中的2DEG 74
4.4.2 GaN基HEMT的工作特性 75
4.5 *摻雜場效應晶體管 76
參考文獻 77
第5章 共振隧穿電子器件 79
5.1 不同勢壘結構的隧穿特性 79
5.1.1 單勢壘結構的隧穿 79
5.1.2 雙勢壘結構的共振隧穿 80
5.1.3 多勢壘結構的順序共振隧穿 81
5.2 共振隧穿二極管 82
5.2.1 RTD的共振隧穿電流密度 82
5.2.2 RTD的響應速度 84
5.2.3 結構參數對RTD輸運特性的影響 85
5.3 共振隧穿晶體管 86
5.3.1 對稱雙勢壘結構RTT 87
5.3.2 量子阱與超晶格基區(qū)RTT 88
5.3.3 共振隧穿熱電子晶體管 89
5.4 負阻場效應晶體管 89
5.5 轉移電子器件 91
參考文獻 93
第6章 單電子輸運器件 95
6.1 單電子箱 95
6.2 單電子和單光子旋轉門器件 96
6.2.1 單電子旋轉門器件 96
6.2.2 單光子旋轉門器件 97
6.3 單電子泵 98
6.4 單電子存儲器 99
6.4.1 單電子存儲器的工作原理 99
6.4.2 浮柵量子點單電子存儲器 101
6.5 單電子晶體管 103
6.5.1 SET的工作原理 103
6.5.2 SET的噪聲特性 104
6.5.3 SET的靈敏度 104
6.5.4 電容型SET 105
6.5.5 電阻型SET 106
6.5.6 射頻SET 109
6.5.7 單電子CCD 110
6.6 庫侖阻塞測溫計 111
參考文獻 111
第7章 量子結構激光器 113
7.1 量子阱激光器 113
7.1.1 量子阱激光器的性能特點 113
7.1.2 量子阱激光器的結構類型 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參數 116
7.1.5 垂直腔面發(fā)射量子阱激光器 122
7.2 量子點激光器 123
7.2.1 量子點激光器的物理性能 123
7.2.2 量子點激光器對材料性質的要求 126
7.2.3 幾種典型的量子點激光器 127
7.2.4 量子點光放大器 129
7.3 量子級聯激光器 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激光器的性能參數 133
7.3.4 幾種典型的QC激光器 133
參考文獻 135
第8章 量子結構紅外探測器 136
8.1 光探測器的性能參數 136
8.2 pin型光探測器 137
8.2.1 基本工作原理 137
8.2.2 光產生電流分析 138
8.3 雪崩光電探測器 140
8.3.1 APD的工作原理 140
8.3.2 各種改進型的APD 142
8.4 量子阱紅外探測器 144
8.4.1 QWIP的結構類型 144
8.4.2 QWIP的光譜響應率 145
8.4.3 QWIP的探測率 145
8.5 量子點紅外探測器 146
8.5.1 量子點紅外探測器的性能 146
8.5.2 不同類型的量子點紅外探測器 146
8.6 太赫茲單光子探測器 149
8.6.1 雙量子點單光子探測器 149
8.6.2 單量子點單光子探測器 150
8.6.3 雙量子阱單光子探測器 151
8.7 量子限制斯塔克效應器件 152
參考文獻 153
第9章 量子結構太陽電池 154
9.1 太陽電池的光伏參數 154
9.1.1 短路電流密度 154
9.1.2 開路電壓 155
9.1.3 填充因子 156
9.1.4 功率轉換效率 157
9.1.5 Shockley-Queisser極限效率 158
9.2 量子阱太陽電池 159
9.2.1 量子阱結構中的光吸收 159
9.2.2 量子阱太陽電池的結構組態(tài)與光電流密度 160
9.3 量子點太陽電池 162
9.3.1 pin結構量子點太陽電池 162
9.3.2 量子點激子太陽電池 165
9.3.3 量子點中間帶太陽電池 169
參考文獻 172
第10章 其他低維量子器件簡介 174
10.1 自旋電子器件 174
10.1.1 自旋場效應晶體管 174
10.1.2 彈道自旋晶體管 175
10.1.3 自旋發(fā)光器件 176
10.2 單分子器件 177
10.2.1 單電子隧穿型單分子晶體管 177
10.2.2 內部機械運動型單分子晶體管 178
10.2.3 分子存儲器 180
10.3 量子點網絡自動機 180
10.4 超導量子器件 182
10.5 Si基自旋量子計算機 183
參考文獻 184