几种典型压电半导体结构中的力-电-载流子耦合作用分析

摘要

本文研究了几种典型压电半导体结构中的力-电-载流子之间的耦合作用。首先求解了一个含圆孔的压电半导体板的反平面变形问题，得出了圆孔附近切应力、载流子浓度、电场强度、切应变和电位移等物理量的分布规律。计算发现：圆孔附近的切应力和电流强度的分布与半导体特性无关；而电场强度、切应变、载流子浓度和电位移的分布都会受半导体掺杂浓度的影响，掺杂浓度越大，电场强度和电位移在圆孔附近衰减的越快，载流子在圆孔边界的集中程度越小。针对受轴向力作用的压电p-n结问题，我们考虑p-n结的内部电场效应，建立了相关的分析模型，得到了p-n结各区域的电场分布规律和载流子的分布规律。通过少数载流子的变化计算出了p-n结内部的局部电流。最后我们研究了矩形截面氧化锌纳米线的横向弯曲问题。根据压电半导体结构的基本方程解耦推导出了各阶压电势、载流子浓度、电场强度等物理量的表达式，然后通过数值计算分析了各物理量的分布规律。我们发现，横向弯曲的纳米线受拉一侧呈现为正电势，受压一侧为负电势。分析了材料的掺杂浓度对于结果的影响，增加材料的掺杂浓度，会减小纳米线横截面上下侧之间压电势差。由于材料的力电性能较弱，截面中性层的位置几乎不受影响。通过本文的研究，对压电半导体材料的特性有了更进一步的了解，得到的结果对压电半导体结构及器件的研发具有重要的指导意义。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

2 压电半导体材料的性质

2.1 压电效应

2.2 半导体理论

2.3 压电半导体材料及其应用

2.4 本章小结

3 含圆孔的压电半导体板的反平面变形分析

3.1 问题的描述

3.2 方程推导及问题求解

3.3 数值计算与结果分析

3.4 本章小结

4 受轴向载荷下的压电p-n结

4.1 引言

4.2 p-n结的基本理论

4.3 外力作用下的压电p-n结模型

4.4 本章小结

5 ZnO纳米线横向弯曲时的力-电-载流子耦合作用分析

5.1 引言

5.2 理论模型与基本方程

5.3 求解过程

5.4 数值计算与结果分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表的学术论文及参加项目