半导体异质结构QPC静电势数值分析

摘要

为了设计以半导体异质结构量子点接触(QPC)为基础的器件，需要掌握QPC结构中静电势的分布及其控制方法。本文研究QPC中静电势的数值计算方法，并分析影响QPC静电势的因素。
　　 本文从QPC应用于灵敏电荷探测器的原理和发展现状出发，研究了QPC的基本结构和特性，分析了QPC用作灵敏电荷探测器的原理和影响因素，确定了QPC静电势的研究方向。在对QPC结构和QPC静电势影响因素研究的基础上，建立了QPC器件的物理模型，并根据量子力学方法，建立了QPC静电势计算的准3D数学模型。本文采用有限差分算法，对有效质量方程和泊松方程进行了准3D自洽求解，得到了QPC静电势和内部电子密度的分布。根据计算得到的结果，分析栅极结构，栅极电压等对QPC静电势分布特性和大小的影响，讨论了栅极形状，栅极面积和栅极电压影响下的QPC电势的变化情况，并将求得电势的数值结果，代入到QPC电导计算的程序中，实现了QPC静电势数值结果在QPC电导计算中的应用。
　　 本文对于QPC器件设计和优化有着理论上和工程上的指导作用，为开发QPC设计的CAD工具奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2论文结构

第二章基于异质结结构的QPC原理和应用

2.1 QPC的特性和结构

2.1.1 QPC的结构

2.1.2 QPC的特性和应用于单电荷测量的原理

2.2 QPC静电势的影响作用

2.2.1 QPC静电势对2DEG的限制作用

2.2.2 QPC静电势对电导量子化的影响

2.3 QPC的应用及要求

2.3.1 QPC电荷传感器

2.3.2 QPC电荷传感器的参数及设计要求

2.4本章小结

第三章QPC静电势的数值计算方法研究

3.1 QPC结构和物理模型

3.1.1半导体异质结构QPC结构分析

3.1.2 QPC物理模型的建立

3.2QPC静电势的数学模型

3.2.1半导体器件静电势计算模型分析

3.2.2 QPC数学模型的建立

3.3 QPC静电势的数值计算方法

3.3.1 QPC结构静电势计算的准3D数值算法

3.3.2 QPC结构静电势计算的边界条件处理

3.3.3 QPC静电势数值计算方法的实现

3.4本章小结

第四章QPC静电势数值计算方法验证和数值结果分析

4.1 QPC静电势的计算软件验证

4.1.1 QPC静电势计算算法的验证

4.1.2数值结果和传统解析结果的对比验证

4.1.3实际应用的结果分析验证

4.1.4验证总结

4.2 QPC静电势数值计算结果及讨论

4.3 QPC静电势计算结果的应用

4.3.1不同栅极形状下的QPC静电势分析

4.3.2不同栅极间距和栅压下的QPC静电势分析

4.3.3 QPC静电势应用于电导计算

4.4本章小结

第五章总结和展望

5.1研究成果和主要结论

5.2后续研究方向和展望

致谢

参考文献

在校期间研究成果