半導體納米器件：物理、技術(shù)和應(yīng)用

第1章介紹、背景和內(nèi)容1
第2章準一維電子氣4
2.1介紹4
2.2實驗5
2.3一維器件的量子傳輸性質(zhì)5
2.3.1冷卻5
2.3.2橫向電子聚焦6
2.3.3通過橫向電子聚焦的自旋排斥7
2.3.4多體效應(yīng)和基態(tài)維格納晶體8
2.3.5跨雙行的源極-漏極偏壓9
2.3.6面內(nèi)磁場對雙行的影響10
2.3.7無磁場分數(shù)態(tài)11
2.3.8載流子密度變化的影響12
2.3.9面內(nèi)磁場的影響13
2.3.10具有分數(shù)態(tài)的非線性傳輸13
參考文獻15
第3章半導體納米器件作為強電子相關(guān)的測量18
3.1費米液體理論的失效18
3.1.1朝永-盧廷格液體模型19
3.1.2自旋朝永-盧廷格液體21
3.1.3譜函數(shù)和冪律行為22
3.2朝永-盧廷格液體行為的早期研究23
3.2.1光電子能譜24
3.2.2輸運測量25
3.2.3磁隧穿譜26
3.3超越線性朝永-盧廷格液體近似31
3.3.1非線性朝永-盧廷格液體的移動雜質(zhì)模型32
3.3.2遠離費米點的模式層次33
3.4非線性效應(yīng)研究進展34
3.4.1一維“復(fù)制品”模式34
3.4.2動量相關(guān)的冪律34
3.4.3高能量下自旋子和空穴子的壽命37
3.4.4非線性碳納米管37
3.5一維相互作用效應(yīng)其他進展38
3.5.1庫侖阻力38
3.5.2螺旋電流38
3.5.3冷原子39
3.6小結(jié)39
參考文獻39
第4章量子點熱電特性42
4.1熱電的Landauer-Büttiker唯象理論42
4.2量子點模型43
4.3量子極限45
4.4庫侖振蕩和熱電勢45
4.5簡并的影響48
4.6功率因子和品質(zhì)因數(shù)49
4.7對維德曼-弗蘭茲定律的違背51
4.8非線性區(qū)域52
4.9輸出功率和效率54
4.10應(yīng)用56
4.11小結(jié)59
參考文獻59
第5章單電子源64
5.1單電子源的類型64
5.1.1旋轉(zhuǎn)柵量子點單電子轉(zhuǎn)移64
5.1.2多結(jié)單電子泵66
5.1.3超導體-普通金屬混合旋轉(zhuǎn)柵67
5.1.4表面聲波單電子轉(zhuǎn)移68
5.1.5可調(diào)諧勢壘量子點泵71
5.1.6介觀電容器72
5.1.7懸浮子73
5.2量子電流標準75
5.2.1SI安培的實現(xiàn)76
5.2.2量子計量三角76
5.2.3多結(jié)泵電容器充電實驗77
5.2.4可調(diào)諧勢壘泵的電流量化精度78
5.3電子量子光學80
5.3.1漢伯里·布朗和特維斯幾何結(jié)構(gòu)中的分區(qū)噪聲測量81
5.3.2Hong-Ou-Mandel效應(yīng)的不可區(qū)分性測試82
5.3.3量子層析成像83
5.3.4波包傳輸中的退相干和弛豫85
5.4小結(jié)87
參考文獻87
第6章半導體納米器件的噪聲測量91
6.1介紹91
6.2量子散粒噪聲的物理學92
6.2.1量子散粒噪聲的二項式統(tǒng)計92
6.2.2散粒噪聲的量子散射方法96
6.3噪聲測量技術(shù)101
6.3.1低頻散粒噪聲測量技術(shù)101
6.3.2高頻散粒噪聲測量技術(shù)105
6.4半導體納米器件中的散粒噪聲106
6.4.1散粒噪聲的量子抑制106
6.4.2散粒噪聲中的高頻效應(yīng)116
6.4.3分數(shù)量子霍爾效應(yīng)：分數(shù)電荷的散粒噪聲測量121
6.4.4使用散粒噪聲測量研究雙粒子相關(guān)性和干涉130
6.4.5用于電子量子光學的散粒噪聲測量134
6.5結(jié)論143
參考文獻144
第7章拓撲絕緣體納米帶中的電學輸運和超導輸運150
7.1介紹150
7.2TI中的電學輸運概述151
7.2.1電導率的溫度依賴性151
7.2.2垂直磁場中的3D TI152
7.3TI納米帶中的電學輸運153
7.4TI納米帶中的超導輸運158
7.4.1TI納米帶中臨界電流的溫度依賴性160
7.4.2TI納米帶約瑟夫森結(jié)中的Aharonov-Bohm效應(yīng)161
7.5總結(jié)與展望162
參考文獻163
第8章硅量子比特器件166
8.1介紹166
8.1.1摩爾定律166
8.1.2量子計算166
8.1.3量子計算平臺167
8.1.4關(guān)于本章168
8.2加工制造168
8.2.1硅主體材料168
8.2.2硅-金屬氧化物半導體（Si-MOS）169
8.2.3Si/SiGe170
8.2.4SOI171
8.3硅自旋量子比特173
8.3.1單自旋量子比特173
8.3.2單重態(tài)-三重態(tài)量子比特177
8.3.3自旋讀出177
8.4未來發(fā)展180
參考文獻180
第9章半導體量子點單光子源的電學控制185
9.1介紹與動機185
9.2單量子點光子源的二極管設(shè)計185
9.2.1用于量子點電場控制的異質(zhì)結(jié)構(gòu)185
9.2.2提高單量子點光子收集效率的異質(zhì)結(jié)構(gòu)188
9.3量子點內(nèi)部能級控制189
9.3.1中性躍遷的電場控制189
9.3.2帶電躍遷的電場控制192
9.4量子點控制的混合方法193
9.4.1可調(diào)諧電致發(fā)光量子點光源193
9.4.2采用可調(diào)光源結(jié)合相干光控制194
9.4.3應(yīng)變和電場可調(diào)量子點195
9.5未來發(fā)展195
參考文獻196
第10章半導體量子點太陽能電池200
10.1介紹200
10.2QD-IBSC中量子效率的漂移-擴散分析201
10.2.1介紹201
10.2.2仿真方法202
10.2.3結(jié)果與討論204
10.3使用場阻尼層提高QDSC中的載流子收集效率206
10.3.1使用場阻尼層的QDSC能帶結(jié)構(gòu)工程206
10.3.2寬禁帶材料蓋帽對使用FDL的QDSC的影響211
10.4QDSC中TSPA過程的FTIR光譜213
10.4.1兩步光吸收光譜213
10.4.2In（Ga）As QDSC的FTIR光電流光譜213
10.4.3In（Ga）As QDSC的二維光電流激發(fā)光譜215
10.5結(jié)論217
參考文獻218
第11章硅上單片Ⅲ-Ⅴ族量子點激光器220
11.1介紹220
11.2硅上量子點激光器的優(yōu)勢221
11.2.1半導體量子點221
11.2.2硅基激光器中量子點優(yōu)于量子阱的優(yōu)勢221
11.3硅上Ⅲ-Ⅴ族材料的異質(zhì)外延生長223
11.3.1異質(zhì)外延生長的挑戰(zhàn)223
11.3.2高質(zhì)量Ⅲ-Ⅴ/Si外延的解決方案224
11.4硅上Ⅲ-Ⅴ族量子點激光器的現(xiàn)狀227
11.4.1硅上法布里-珀羅邊發(fā)射激光器227
11.4.2硅上的單模量子點邊發(fā)射激光器230
11.4.3硅上的量子點鎖模激光器233
11.4.4硅上的量子點微腔激光器233
11.4.5硅上的量子點光子晶體激光器236
11.5硅上量子點激光器的未來發(fā)展方向237
11.6結(jié)論237
參考文獻238
第12章半導體納米線激光器的物理和應(yīng)用245
12.1介紹245
12.2激光器246
12.2.1激光基礎(chǔ)247
12.2.2納米級激光器腔體設(shè)計251
12.2.3激光閾值251
12.3作為激光器元件的納米線255
12.3.1納米線生長255
12.3.2納米線激光器用材料體系256
12.4納米線激光器技術(shù)的當前課題259
12.4.1量子限制259
12.4.2光耦合261
12.4.3等離激元261
12.5現(xiàn)狀和前景262
參考文獻262
第13章氮化物單光子源275
13.1介紹275
13.1.1單光子源的概念275
13.1.2單光子源的關(guān)鍵測量276
13.1.3“理想”單光子源的基本特性277
13.2量子點制備基本原理277
13.2.1平面上的自組裝278
13.2.2納米棒的自組裝282
13.2.3量子點形成的光刻方法283
13.3用于單光子發(fā)射的量子點基本性質(zhì)284
13.3.1三維限制的物理學284
13.3.2Ⅲ族氮化物量子點的特殊性質(zhì)和針對單光子發(fā)射的思考286
13.4氮化物量子點單光子源的優(yōu)缺點287
13.5基于氮化物中缺陷的單光子源289
13.6展望290
參考文獻291
附錄中英文術(shù)語對照295