半导体异质结(111)面的界面偶极子及其对能带偏移的影响

本文采用紧束缚的界面键极性模型(interface-bond-polarity-model),计算了匹配的半导体异质结(111)面的界面偶极子,并将计算结果与(110)和(001)面的结果进行了比较,讨论了界面取向和界面成分对偶极子的影响。结果表明,对于两边同是Ⅲ-V族半导体或同是Ⅱ-Ⅵ族半导体的异质结,界面偶极子几乎不依赖于界面的取向和界面的组成,因此,能带偏移也基本上是各向同性的。对于两边由不同类型半导体组成的异质结,如Ⅱ-Ⅵ/Ⅲ-Ⅴ体系、Ⅲ-Ⅴ/Ⅳ和Ⅱ-Ⅵ/Ⅳ体系,混和的阴离子(111)界面给出的偶极子小于零,而混和的阳离子(111)界面给出的偶极子大于零,二者的平均值等于中性的(110)界面的偶极子。 关键词：     

PbTe/PbSrTe半导体非对称量子阱中的Rashba效应

窄带隙半导体异质结构的自旋效应最近受到了国际上的很大关注.Ⅳ-Ⅵ族半导体具有各向异性和多能谷的特征,因此可以预期Rashba自旋效应在不同取向的Ⅳ-Ⅵ族半导体量子阱结构中存在显著差异.计算了多个取向的Pb_1-ySr_yTe/PbTe/Pb_1-xSr_xTe非对称量子阱中的Rashba分裂能,结果表明［100］取向的PbTe量子阱的Rashba分裂能在阱宽为5.0nm时 关键词： Ⅳ-Ⅵ族半导体 非对称量子阱 Rashba效应 自旋-轨道耦合分裂     

Ⅲ族氮化物异质结构二维电子气研究进展

本文总结了近年来Ⅲ族氮化物半导体异质结构二维电子气的研究进展。从Ⅲ族氮化物材料晶格结构和特有的极化性质出发,重点讨论了AlGaN/GaN异质结构中二维电子气的性质,总结分析了异质结构中Al组分、势垒层厚度、应变弛豫度、掺杂等对二维电子气浓度和迁移率的影响,同时还涉及AlGaN/GaN/AlGaN,AlGaN/AlN/GaN和AlGaN/InGaN/GaN等异质结构二维电子气性质。     

Ⅲ族氮化物异质结构二维电子气研究进展

本文总结了近年来Ⅲ族氮化物半导体异质结构二维电子气的研究进展。从Ⅲ族氮化物材料晶格结构和特有的极化性质出发,重点讨论了AlGaN/GaN异质结构中二维电子气的性质,总结分析了异质结构中Al组分、势垒层厚度、应变弛豫度、掺杂等对二维电子气浓度和迁移率的影响,同时还涉及AlGaN/GaN/AlGaN,AlGaN/AlN/GaN和AlGaN/InGaN/GaN等异质结构二维电子气性质。     

氧化锌基材料、异质结构及光电器件

Ⅱ-Ⅵ族直接带隙化合物半导体氧化锌(ZnO)的禁带宽度为3.37 eV,室温下激子束缚能高达60 meV,远高于室温热离化能(26 meV),是制造高效率短波长探测、发光和激光器件的理想材料。历经10年的发展,ZnO基半导体的研究在薄膜生长、杂质调控和器件应用等方面的研究获得了巨大的进展。本文主要介绍了以国家"973"项目(2011CB302000)研究团队为主体,在上述方面所取得的研究进展,同时概述国际相关研究,主要包括衬底级ZnO单晶的生长,ZnO薄膜的同质、异质外延,表面/界面工程,异质结电子输运性质、合金能带工程,p型掺杂薄膜的杂质调控,以及基于上述结果的探测、发光和激光器件等的研究进展。迄今为止,该团队已经实现了薄膜同质外延的二维生长、硅衬底上高质量异质外延、基于MgZnO合金薄膜的日盲紫外探测器、可重复的p型掺杂、可连续工作数十小时的同质结紫外发光管以及模式可控的异质结微纳紫外激光器件等重大成果。本文针对这些研究内容中存在的问题和困难加以剖析并探索新的研究途径,期望能对ZnO材料在未来的实际应用起到一定的促进作用。     

氧化锌基材料、异质结构及光电器件

Ⅱ-Ⅵ族直接带隙化合物半导体氧化锌（ZnO）的禁带宽度为3.37 eV,室温下激子束缚能高达60 meV,远高于室温热离化能（26 meV）,是制造高效率短波长探测、发光和激光器件的理想材料。历经10年的发展,ZnO基半导体的研究在薄膜生长、杂质调控和器件应用等方面的研究获得了巨大的进展。本文主要介绍了以国家“973”项目（2011CB302000）研究团队为主体,在上述方面所取得的研究进展,同时概述国际相关研究,主要包括衬底级ZnO单晶的生长,ZnO薄膜的同质、异质外延,表面/界面工程,异质结电子输运性质、合金能带工程,p型掺杂薄膜的杂质调控,以及基于上述结果的探测、发光和激光器件等的研究进展。迄今为止,该团队已经实现了薄膜同质外延的二维生长、硅衬底上高质量异质外延、基于MgZnO合金薄膜的日盲紫外探测器、可重复的p型掺杂、可连续工作数十小时的同质结紫外发光管以及模式可控的异质结微纳紫外激光器件等重大成果。本文针对这些研究内容中存在的问题和困难加以剖析并探索新的研究途径,期望能对ZnO材料在未来的实际应用起到一定的促进作用。     

二维光催化材料的电子结构调控与应用研究进展(特邀)

首先综述了基于二维光催化剂的电子结构调控方式,包括厚度调节、元素掺杂、缺陷工程和异质结的设计等.其次,由于半导体异质结在减少光生电子空穴复合速度方面具有独特的优势,着重介绍了由二维材料与其它不同维数的半导体界面组成的异质结的研究进展.最后介绍了新型二维光催化材料在析氢、CO2还原、固氮和污染物降解等方面的应用.总结文献...     

微纳加工边界效应对LaAlO_3/SrTiO_3界面自旋轨道耦合影响研究

LaAlO_3/SrTiO_3(LAO/STO)氧化物异质结界面存在的二维电子气(2DEG)具有很强的Rashba自旋轨道耦合(Rashba SOC),并且SOC强度受栅压调控.这使得LAO/STO有潜力成为自旋电子学器件的平台.实现自旋电子学器件需要对LAO/STO异质结进行微纳加工.本文中,我们研究了使用Ar+离子束辐照得到的LAO/STO异质结条带的低温磁输运性质.我们发现随着LAO/STO条带宽度减小,由于边界缺陷对载流子的束缚作用,栅压调控SOC强度的能力减弱甚至消失.     

Ⅳ-Ⅵ族半导体材料磁场下的红外介电函数

给出了经典极限下多能谷Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体在磁场下的红外介电函数的一般解析表达式,并通过与k·P模型的结合给出了红外介电函数的半经典处理途径。通过对典型Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体材料PbTe红外介电函数的计算,讨论了能带非抛物性和载流子浓度在多能谷体系中的分布效应对红外介电函数的影响。 关键词：     

半导体极性界面电子结构的理论研究

半导体电子结构的有效调控一直是人们长期关注的科学问题,也是主流半导体材料物性与器件设计的核心科学问题之一.传统栅极技术只能在小范围内改变半导体材料的带隙,作者从理论上通过人工设计半导体极性界面,产生约10 MV/cm的內建电场,从而实现对Ge、InN等主流半导体带隙在0—2 eV范围内的有效调控,并显著增强Rashba自旋轨道耦合强度,作者进一步利用构建的多带k.p模型证明增强的Rashba自旋轨道耦合可以将常规半导体驱动至拓扑相.文章重点介绍极性半导体InN的极性界面能隙调控;以及Ⅳ族非极性半导体Ge的极性界面能带调控.半导体极性界面的制备与主流半导体工艺兼容,展现了极性界面在主流半导体量子结构的物性调控与光电器件中潜在的应用前景.     

二维GaTe/Bi_2Se_3异质结:一类有潜力的Z型光解水催化剂（英文）

本文基于第一性原理方法,计算了二维GaTe/Bi_2Se_3异质结的电子结构、界面电荷转移、静电势分布、吸收光谱及光催化性质.计算结果表明异质结是一个小能隙的准直接半导体,能有效捕获太阳光.由于相对较强的界面内建极化电场和带边轻微弯曲,导致异质结中的光生电子和空穴分别有效分离在GaTe单层和Bi_2Se_3薄片上,可用于析氢和产氧.这些理论计算结果意味着二维GaTe/Bi_2Se_3异质结是一类有潜力的Z型太阳能全解水催化剂.     

赝形InGaAs/InAlAs渐变异质结中的零磁场自旋分裂

在赝形渐变InGaAs/In_0.52Al_0.48As异质结的二维电子气中,发现了自旋方向向上的电子和自旋向下的电子在零磁场下存在着自旋分裂.利用Shubnikov-de Haas振荡研究了异质结中的自旋分裂行为,通过振荡中的拍频现象,发现了零磁场下的自旋分裂量为8.76meV. 关键词：     

半导体量子器件物理讲座

文章从异质界面的三角势阱中二维电子气的形成人手,计算了二维电子气的量子化能级及其面电子密度.对HEMT器件材料结构参数的优化、器件的电荷控制模型及I-V特性作了分析.     

半导体超晶格

超晶格材料是用现代薄膜生长技术制成的一种新型材料,它在过去的自然界中从未存在过,是一种完全新的人工制造的晶体. 1970年,美国IBM公司的江崎玲于奈(L.Esaki)和朱兆祥首次在GaAs半导体上制成了超晶格结构[1].以后,半导体超晶格的研究工作得到了很快的发展,不仅研制出GaAs和各种Ⅲ-V族化合物超晶格材料,而且Ⅳ-Ⅳ族、Ⅱ-Ⅵ族、Si超晶格以及非晶态半导体超晶格等也已相继出现,有一些已经获得实用,做成了相当重要的微电子和光电子器件.半导体超晶格以及与之相联系的异质结中的许多物理现象,特别是低维物理现象已引起了人们广泛的兴趣.近…     

层状铁磁体Fe_(0.26)TaS_2的Andreev反射谱

如何避免界面反应、可靠地提取材料的自旋极化率是自旋电子学的一个基本问题.本文选取了一种独特的铁磁性层状过渡族金属硫化物Fe_(0.26)TaS_2,研究了单晶材料的磁性、电子输运和Andreev反射谱.磁性和输运结果表明,低温下Fe_(0.26)TaS_2单晶存在强磁各向异性、双峰磁电阻和反常霍尔效应.通过干法转移方案制备的干净界面的Fe_(0.26)TaS_2超导异质结的Andreev反射谱,发现该材料的自旋极化率为47%±7%.本文展示的干法转移制备超导/磁性异质结的方法可广泛用于测量各种二维磁性材料的自旋极化率.     

InAlN/GaN异质结二维电子气波函数的变分法研究

使用变分法推导了InAlN/GaN异质结二维电子气波函数和基态能级的解析表达式,并讨论了InAlN/GaN异质结结构参数对二维电子气电学特性的影响.在假设二维电子气来源于表面态的前提下,使用了一个包含两个变分参数的尝试波函数推导电子总能量期望值,并通过寻找能量期望极小值确定变分参数.计算结果显示,二维电子气面密度随InAlN厚度的增大而增大,且理论结果与实验结果一致.二维电子气面密度增大抬高了基态能级与费米能级,并保持二者之差增大以容纳更多电子.InAlN/GaN界面处的极化强度失配随着In组分增大而减弱,二维电子气面密度随之减小,并导致基态能级与费米能级减小.所建立的模型能够解释InAlN/GaN异质结二维电子气的部分电学行为,并为电子输运与光学跃迁的研究提供了解析表达式.     

离子导体载流子输运与存储的界面调控

离子导电材料既可以是载流子主要为离子的纯离子导体,也可以是载流子同时包括离子和电子的混合离子导体.这两类材料是电化学能量转换与储存、化学传感以及选择性透过膜等器件的关键材料.在这些器件中,均存在电极与电解质、颗粒与颗粒、不同晶粒之间的二维或三维的异质结界面.因此,离子与电子在异质结中的输运性质对器件性能有重要的影响.但...     

基于双极性二维晶体的新型p-n结

二维晶体的特殊结构和新奇物理性能为构建新型纳米结构和器件,实现半导体领域的突破性进展提供了可能.本文首先介绍了双极性二维晶体的基本物理性能和相关范德瓦耳斯异质结的制备方法.在此基础上,主要综述了双极性二维晶体在新型电场调制二维晶体p-n结与异质p-n结以及非易失性可存储二维晶体p-n结等方面的应用、相关结构设计、电子和光电子等物理性能.然后进一步介绍了该类新型p-n结在逻辑整流电路、场效应光电子晶体管、多模式非易失性存储器、整流存储器、光电子存储器、光伏器件等方面的潜在应用.最后总结展望了该种新型p-n结在相关领域的可能发展方向.     

赝形InGaAs/InAlAs渐变异质结中的 零磁场自旋分裂

在赝形渐变ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ异质结的二维电子气中,发现了自旋方向向上的电子和自旋向下的电子在零磁场下存在着自旋分裂．利用ＳｈｕｂｎｉｋｏｖｄｅＨａａｓ振荡研究了异质结中的自旋分裂行为,通过振荡中的拍频现象,发现了零磁场下的自旋分裂量为８７６ｍｅＶ．     

WSe2/GeS 异质结的增强光致发光

二维半导体材料为纳米尺度的光学性质研究提供了良好的支持. 当将其构筑成异质结时, 界面间的相互作用可以改变原光电性质或产生新的性质, 是二维材料光电子器件功能控制的重要手段. 利用机械剥离法制备WSe2/GeS 异质结, 通过发光光谱研究异质结层间激子的光学性质. 结果表明:p 型 GeS 与弱 n 型 WSe2 构筑成异质结时会产生新的层间激子. 与 GeS 和 WSe2 的荧光发射强度相比, 异质结的层间激子发光强度显著增加. 此研究为设计具有先进光电性能的二维半导体器件提供了思路.