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什么是低维半导体材料?

什么是低维半导体材料?

        目前人类广泛应用的功能材料和元件,其尺寸远大于电子自由程 ,观测的电子输运行为

具有统计平均结果, 描述这些性质主要是用宏观物理量 ,已有成熟的理论和技术 。当功能材
料和元件的尺寸逐渐减小到纳米量级时 ,其物理长度与电子自由程相当,载流子的输运将呈
现显著的量子力学特性, 传统的理论和技术已不再适用 ,需要人们对与低维相关联的量子尺
寸限制效应和低维材料进行深入的研究 。作为零维材料的量子点材料是一种团簇 ,尺寸大
小在纳米量级。这种零维体系的物理行为与原子相似 ,因而被称为“人造原子” ,电子在其中
的能量状态呈现类似原子的分立能级结构。量子点的显著特征是具有库仑荷电效应和库仑
阻塞现象以及它的俘获截面(10 -5 ~ 10 -2 cm 2 )远大于一般半导体材料中的杂质缺陷的俘获
截面。量子线主要呈 V 形、T 形或斜 T 形 。量子阱材料的特点是电子能量在二维空间是
连续的,其典型代表是超晶格量子阱材料。量子阱的电子态密度呈台阶形状,而量子点和量
子线的电子态密度分别呈现出一系列孤立的线形状和尖峰形状 ,因而量子点、量子线比量子
阱更容易达到激光作用所必须的粒子数反转 ,故更适于制作激光器, 而对量子阱则需要考虑
整个子带的填充 。由于量子点和量子线材料比量子阱材料有更大的量子限制效应 ,故用量
子点 、量了线材料制作激光器将降低其阈值电流密度, 提高直接调制速度 ,降低阈值电流对
温度的敏感性。除此之外 ,量子点材料还可以用于制作单电子晶体管和光存储器等。利用
量子线控制杂质散射的原理, 可制成量子线沟道场效应晶体管(FET),单模量子线可制作量
子干涉 FET 和布喇格反射量子干涉 FET 等电子干涉效应器件。量子阱材料是目前低维半
导体材料的主流, 可用于制作 FET 、高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极晶体管
(HBT)和量子阱发光二极管(QWLED)、量子阱激光器等 。

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