低维量子器件物理

　　目录序前言第1章 绪论 11.1 低维量子器件的发展历史 11.1.1 低维电子输运器件 11.1.2 低维光电子器件 31.2 低维量子器件的未来预测 51.2.1 纳米光子器件 51.2.2 磁性纳米器件 51.2.3 有机纳米器件 61.2.4 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 92.1 低维量子结构的能带特征 92.1.1 异质结的能带特点 92.1.2 AlxGa1-xAs/GaAs调制掺杂异质结 102.1.3 GexSi1-x/Si异质结 112.1.4 超晶格的能带结构 122.2 低维量子结构中的电子状态 132.2.1 调制掺杂异质结三角形势阱中的电子状态 142.2.2 二维量子阱中的电子状态 152.2.3 一维量子线中的电子状态 172.2.4 零维量子点中的电子状态 192.3 低维量子结构中的激子状态 202.3.1 量子阱中的激子 212.3.2 量子点中的激子 222.4 低维量子结构中的载流子输运 232.4.1 二维电子气的散射机构 232.4.2 双势垒结构的共振隧穿输运 262.4.3 异质结中热电子的实空间转移 282.4.4 零维体系的库仑阻塞现象 302.5 低维量子体系的光学性质 322.5.1 量子阱中的二维激子特性 322.5.2 量子阱的发光特性 362.5.3 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 423.1 HBT的器件结构 423.1.1 AlGaAs/GaAs HBT 423.1.2 InGaP/GaAs HBT 433.1.3 InGaAs/InP HBT 443.1.4 SiGe/Si HBT 443.2 不同能带形式的HBT 453.2.1 宽带隙发射区HBT 453.2.2 缓变基区HBT 463.2.3 宽带隙集电区HBT 473.3 HBT中的载流子输运过程 473.3.1 宽带隙发射区HBT中的载流子输运 483.3.2 缓变基区HBT中的载流子输运 483.3.3 HBT发射区-基区空间电荷区中的载流子复合 493.3.4 宽带隙集电区HBT中的载流子输运 513.4 HBT的器件特性 523.4.1 电流增益 523.4.2 电流-电压特性 543.4.3 频率特性 563.4.4 温度特性 583.5 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 634.1 调制掺杂异质结中的二维电子气 634.1.1 2DEG的面密度 634.1.2 2DEG的迁移率 654.2 HEMT的工作特性 664.2.1 阈值电压 664.2.2 跨导 684.2.3 电流-电压特性 684.2.4 电容-电压特性 714.3 高频逻辑HEMT 724.3.1 低噪声HEMT 724.3.2 大功率HEMT 734.4 GaN基HEMT 744.4.1 GaN基异质结中的2DEG 744.4.2 GaN基HEMT的工作特性 754.5 *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 795.1 不同势垒结构的隧穿特性 795.1.1 单势垒结构的隧穿 795.1.2 双势垒结构的共振隧穿 805.1.3 多势垒结构的顺序共振隧穿 815.2 共振隧穿二极管 825.2.1 RTD的共振隧穿电流密度 825.2.2 RTD的响应速度 845.2.3 结构参数对RTD输运特性的影响 855.3 共振隧穿晶体管 865.3.1 对称双势垒结构RTT 875.3.2 量子阱与超晶格基区RTT 885.3.3 共振隧穿热电子晶体管 895.4 负阻场效应晶体管 895.5 转移电子器件 91参考文献 93第6章 单电子输运器件 956.1 单电子箱 956.2 单电子和单光子旋转门器件 966.2.1 单电子旋转门器件 966.2.2 单光子旋转门器件 976.3 单电子泵 986.4 单电子存储器 996.4.1 单电子存储器的工作原理 996.4.2 浮栅量子点单电子存储器 1016.5 单电子晶体管 1036.5.1 SET的工作原理 1036.5.2 SET的噪声特性 1046.5.3 SET的灵敏度 1046.5.4 电容型SET 1056.5.5 电阻型SET 1066.5.6 射频SET 1096.5.7 单电子CCD 1106.6 库仑阻塞测温计 111参考文献 111第7章 量子结构激光器 1137.1 量子阱激光器 1137.1.1 量子阱激光器的性能特点 1137.1.2 量子阱激光器的结构类型 1137.1.3 量子阱激光器的工作原理 1157.1.4 量子阱激光器的性能参数 1167.1.5 垂直腔面发射量子阱激光器 1227.2 量子点激光器 1237.2.1 量子点激光器的物理性能 1237.2.2 量子点激光器对材料性质的要求 1267.2.3 几种典型的量子点激光器 1277.2.4 量子点光放大器 1297.3 量子级联激光器 1307.3.1 QC激光器的物理特性 1307.3.2 QC激光器的工作原理 1317.3.3 QC激光器的性能参数 1337.3.4 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 1368.1 光探测器的性能参数 1368.2 pin型光探测器 1378.2.1 基本工作原理 1378.2.2 光产生电流分析 1388.3 雪崩光电探测器 1408.3.1 APD的工作原理 1408.3.2 各种改进型的APD 1428.4 量子阱红外探测器 1448.4.1 QWIP的结构类型 1448.4.2 QWIP的光谱响应率 1458.4.3 QWIP的探测率 1458.5 量子点红外探测器 1468.5.1 量子点红外探测器的性能 1468.5.2 不同类型的量子点红外探测器 1468.6 太赫兹单光子探测器 1498.6.1 双量子点单光子探测器 1498.6.2 单量子点单光子探测器 1508.6.3 双量子阱单光子探测器 1518.7 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 1549.1 太阳电池的光伏参数 1549.1.1 短路电流密度 1549.1.2 开路电压 1559.1.3 填充因子 1569.1.4 功率转换效率 1579.1.5 Shockley-Queisser极限效率 1589.2 量子阱太阳电池 1599.2.1 量子阱结构中的光吸收 1599.2.2 量子阱太阳电池的结构组态与光电流密度 1609.3 量子点太阳电池 1629.3.1 pin结构量子点太阳电池 1629.3.2 量子点激子太阳电池 1659.3.3 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 17410.1 自旋电子器件 17410.1.1 自旋场效应晶体管 17410.1.2 弹道自旋晶体管 17510.1.3 自旋发光器件 17610.2 单分子器件 17710.2.1 单电子隧穿型单分子晶体管 17710.2.2 内部机械运动型单分子晶体管 17810.2.3 分子存储器 18010.3 量子点网络自动机 18010.4 超导量子器件 18210.5 Si基自旋量子计算机 183参考文献 184

　　    彭英才，河北大学电子信息工程学院教授，博士生导师，日本东京理科大学客座教授。多次赴日本丰桥技术科学大学、广岛大学和东京理科大学进行访问研究。长期承担半导体与微电子技术专业的研究生和本科生教学工作。主要从事纳米半导体光电信息薄膜材料的制备、结构表征、光电特性与器件应用的研究，在国内外期刊上发表学术论文150余篇；作为第一编著者，出版学术专著3部：《纳米光电子器件》、《纳米太阳电池技术》和《硅基纳米光电子技术》；研究生教材2部：《低维量子器件物理》和《低维半导体物理》。

　　低维量子器件是微纳电子技术研究的核心，低维量子器件物理是现代半导体器件物理的一个重要组成部分，它的主要研究对象是低维量子器件的设计制作、器件性能与载流子输运动力学等内容，《低维量子器件物理》主要以异质结双极晶体管、高电子迁移率晶体管、共振隧穿电子器件、单电子输运器件、量子结构激光器、量子结构红外探测器和量子结构太阳电池为主，比较系统地分析与讨论了它们的工作原理与器件特性，并对自旋电子器件、单分子器件和量子计算机等内容进行了简单介绍。