锗中隧道电流过程的理论(Ⅰ)——杂质引起的隧道电流

这工作是对锗中杂质散射引起的隧道电流的理论分析。说明在高掺杂(～10¹⁹厘米^-3时杂质散射隧道电流是重要的,可以与联系着声子的隧道电流比拟或更大。不同杂质的作用是不同的,AS和P比Sb的强。锗中杂质隧道过程主要是二级过程,由导带底穿入禁带的电子先被杂质场散射到对应于导带(0,0,0)谷的电子状态,然后,再在结势垒场的作用下跃迁到价带。提出了这种过程的理论,得到杂质隧道电流的表达式,说明只有处在势垒区中一定区域(大致是20?左右厚度)中的杂质原子对这个过程有显著贡献。虽然导带底是各向异性的,但这过程的几率却几乎是各向同性的。在附录Ⅱ中还提供了一个在任意形式位垒下直接隧道过程的普遍理论。 关键词：     

超导非平衡隧道结隧道特性的理论研究

本文利用动力学方程研究了超导非平衡隧道结的I(V)特性,理论计算结果与双隧道结实验的测量结果能够很好符合。通过理论与实验的比较,我们得到了Al膜中电声子相互作用下的准粒子特征时间和声子俘获因子,同时表明,对于Al膜,电子-电子直接相互作用对于准粒子的弛豫起重要作用,而声子的逃逸时间是随着声子能量增大而减小的。     

MgO单晶势垒磁性隧道结的第一性原理计算和实验研究

在MgO单晶势垒磁性隧道结中发现的室温高隧穿磁电阻现象,是近些年自旋电子学以及磁性隧道结磁电阻材料研究中的又一重大突破。本文主要评述和介绍2001年以来MgO单晶势垒磁性隧道结第一性原理计算和实验上的重要进展,以及介绍利用Layer-KKR第一性原理计算方法研究的Fe(001)/MgO/Fe、Fe(001)/FeO/MgO/Fe、Fe(001)/Mg/MgO/Fe、Fe(001)/Co/MgO/Co/Fe和Fe(001)/MgO/Fe/MgO/Fe等基于单晶MgO(001)单势垒及双势垒磁性隧道结材料的电子结构和自旋相关输运性质研究的最新进展。这些第一性原理定量计算的结果,不仅从物理上增强了对MgO单晶势垒磁性隧道结的电子结构和自旋相关输运特性的了解,而且对于研究新型室温磁电阻隧道结材料及其在自旋电子学器件中的广泛应用,具有一定的参考价值。     

MgO单晶势垒磁性隧道结的第一性原理计算和实验研究

在MgO单晶势垒磁性隧道结中发现的室温高隧穿磁电阻现象,是近些年自旋电子学以及磁性隧道结磁电阻材料研究中的又一重大突破.本文主要评述和介绍2001年以来MgO单晶势垒磁性隧道结第一性原理计算和实验上的重要进展,以及介绍利用Layer-KKR第一性原理计算方法研究的Fe(001)/MgO/Fe、Fe(001)/FeO/MgO/Fe、Fe(001)/Mg/MgO/Fe、Fe(001)/Co/MgO/Co/Fe和Fe(001)[MgO/Fe/MgO/Fe等基于单晶MgO(001)单势垒及双势垒磁性隧道结材料的电子结构和自旋相关输运性质研究的最新进展.这些第一性原理定量计算的结果,不仅从物理上增强了对MgO单晶势垒磁性隧道结的电子结构和自旋相关输运特性的了解,而且对于研究新型室温磁电阻隧道结材料及其在自旋电子学器件中的广泛应用,具有一定的参考价值.     

双层结构铁磁-超导隧道结的直流Josephson电流

通过求解Bogoliubov_de Gennes(BdG)方程得到铁磁超导共存态(FS)的自洽方程，在考虑结 界面的粗糙情形下，由推广的Furusaki_Tsukada(FT)的电流公式计算了铁磁超导态/ 绝缘层 / 铁磁超导态(FS/I/FS)结的直流Josephson电流，讨论了FS/I/FS结的直流Josephson临界 电流随磁交换能、温度的变化情况.研究表明：当结界面势垒散射强度和粗糙势垒散射强度 比较弱时磁交换能总是抑制FS/I/FS结的直流Josephson临界电流，而当结左右两边FS中铁 关键词： FS/I/FS超导隧道结 铁磁超导共存态 直流Josephson电流 粗糙势垒散射     

一个简单的隧道电子谱仪及超导隧道特性曲线上声子感应结构的观察

我们采用国产元件及仪器,装备了一台简单的隧道电子谱仪。利用它及Al-I-Pb隧道结测量出Pb的能隙△(1.7K)=(1.35±0.05)meV,在dV/dl及d~2V/dl~2曲线上观察到Pb的声子感应结构。由此定出Pb的横声子峰的能量为(4.15±0.30)meV,纵声子峰的能量为(8.05±0.20)meV.     

基区重掺杂突变HBT带阶的扰动对电流影响研究

重掺杂禁带变窄效应引起异质结导带、价带带阶的扰动，从而使突变HBT异质结界面势垒的形状和高度发生了变化，这将对电流传输特性产生重要的影响.基于热场发射-扩散模型，对这一现象进行了深入的研究.得到的结论是：异质结界面势垒的扰动引起内建势的变化对电流影响的重要性远大于其引起隧道效应发生区域的变化，这是由于内建势的变化对电流的影响反映在指数项；因此对于突变HBT，精确考虑禁带变窄在导带与价带之间的分布对于器件性能的分析是非常重要的. 关键词： HBT 能带带阶 内建势 隧穿因子     

MgO基磁性隧道结温度-偏压相图的理论研究

MgO基磁性隧道结是自旋电子器件研究的热点问题,其温度特性和偏压特性在实际应用中极其重要.因此,亟需在理论上计算得到MgO基磁性隧道结的温度-偏压相图.本文构建了适用于单晶势垒层磁性隧道结的理论.该理论将单晶势垒层视作周期性光栅,利用光学衍射理论处理势垒层对隧穿电子的衍射,因此可以很好地计入隧穿电子波的相干性.根据此理论,同时计入温度和偏压的影响计算了MgO基磁性隧道结的温度-偏压相图.理论结果表明,通过调节MgO基磁性隧道结的铁磁电极半交换劈裂能D、化学势μ以及势垒层周期势v(Kh)可以优化其温度特性和偏压特性.该结果为MgO基磁性隧道结的应用提供了坚实的理论基础.     

正常金属/铁磁绝缘层/p波超导体结的隧道谱

利用Blonder-Tinkham-Klapwijk理论,计算了正常金属/铁磁绝缘层/p波超导体结的隧道谱.结果表明:(1)在正常金属/铁磁绝缘层/p波超导体结的隧道谱中存在零偏压电导峰、零偏压电导凹陷;(2)在Px波结的隧道谱中,磁散射能导致零偏压电导峰的劈裂,而界面的粗糙散射却可以阻止其劈裂;(3)界面的势垒散射,磁散射及其与粗糙散射的共同作用对px、py波结零偏压电导的影响是不同的.     

利用电子束蒸发制备铝隧道结工艺研究

采用电子束蒸发的方法在Si片上制备超导铝(Al)薄膜。利用X射线衍射和直流四电极电阻法分别测试了厚度从100埃到5000埃的Al薄膜物向组成,超导转变温度(Tc)和临界电流密度(Jc)。当Al薄膜厚度大于500埃时,超导转变温度Tc=1.2K。电子束蒸发制备的Al薄膜性能良好,具有较高的结晶质量,为制备Al超导隧道结奠定了良好基础。对小面积的Al超导隧道结工艺进行了研究,该超导隧道结两层的超导体材料为Al薄膜,中间势垒层材料为Al2O3。其中Al薄膜利用电子束蒸发制备,势垒层通过直接氧化Al薄膜表面实现,该工艺和采用直接蒸发氧化物薄膜工艺相比不仅简单而且能有效防止势垒层不连续造成的弱连接。     

双势垒抛物势阱磁性隧道结隧穿磁阻及自旋输运性质的研究

采用相干量子输运理论和传递矩阵的方法,在抛物势阱磁性隧道结(F/PW/F)的铁磁和半导体势阱间插入另一种半导体作为势垒,构造具有双势垒的抛物势阱磁性隧道结作为研究对象,研究了抛物势阱宽度、自旋轨道耦合效应、角度效应及插入势垒厚度对隧穿磁阻及自旋输运性质的影响计算结果表明,通过适当调节Rashba自旋轨道藕合强度和插入势垒的厚度,可以实现隧穿磁阻(TMR)的调制,能获得较大的TMR值,这些特点有助于促进新型磁性隧道结的开发和应用.     

绝缘层方势垒影响下N-I-d波超导体结的隧道谱

以方势垒描述N-I-d波超导体结中绝缘层对准粒子输运的影响,通过求解Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程,利用Blonder-Tinkham-Klapwijk(BTK)理论,计算了N-I-d波超导体结的隧道谱.研究表明:(1)绝缘层厚度在不同纳米量级下的隧道谱形状各异,即便其厚度处在同一纳米量级上,彼此间仅相差零点几个纳米,电会导致微分电导随偏压的变化关系迥异,这为解释高Tc氧化物超导体的相关实验现象提供了更多的可能性;(2)粒子的入射角和绝缘层的势垒值对零偏压电导峰有显著影响.     

Co基磁性隧道结势垒结构的电子全息研究

利用高分辨电子显微术和电子全息方法研究了Co基磁性隧道结退火热处理前后的微观结构及相应势垒层结构的变化. 研究结果表明，退火处理可以明显地改善势垒层和顶电极、底电极之间的界面质量，改进势垒层本身的结构. 这与该磁性隧道结经过280℃退火处理后，隧道磁电阻值大大增加是一致的. 关键词： 磁性隧道结 隧道磁电阻 高分辨电子显微学 电子全息     

碳纤维混凝土中的隧道电流

针对碳纤维混凝土中隧道体系，提出了一个运用变分法近似处理的方案，通过Lwdin变换 得到了隧道体系的近似哈密顿量，并导出了势垒的隧道电流公式，为这方面的实验研究打下 理论基础. 关键词： 变分法 碳纤维 隧道效应 混凝土     

关于高频声子的近期研究进展

近年来,关于固体中的高频声子(频率f>10~(11)Hz)的研究取得了较迅速的发展。其最重要的原因,是人们找到了几种有效的产生和检测高频声子的实验方法,即热脉冲方法,超导隧道结方法和光学方法。 1964年,Gutfeld和Nethercot第一次报道了他们在IBM实验室所做的热脉冲声子实验。他们用短的电脉冲加在康铜膜上,在传播介质中形成声子脉冲,在介质的另一表面上,用超导热辐射测量器来检测声子脉冲信号。稍后,西德的Rosch和Weis在理论上对热声子脉冲的发射谱和传播特性做了详尽的分析和计算,使热脉冲方法成为在低温下研究声子在固体中的行为的一种有力工具。在超导隧道结方法方面,1967年Eisenmenger和Dayem第一次把超导隧道结用于高频声子实验,他们用超导单电子隧道效应的弛豫过程和复合过程来产生和检测声子。在第一次实验中,他们用长度为1cm的蓝宝石作为传播介质,用Sn-SnO-Sn结作为产生器和检测器。以后,Kinder又用调制偏压的方法得到了准单色声子。1982年,Berberich等人用锡和铅的交流Josephson结产生了单色声子,其声子频率相应于Josephson频率。这种方法形成了一种新的高效率的、高频率分辨率的可调声子源。在光学方法方面,从1971年开始,Renk及其合作者在Regensburg大学开展了一系列的用光学方法产生和检测高频     

隧道结的发光效应

一、基本原理 根据量子力学原理,如果被真空或绝缘物分开的二电极间间隙足够窄,窄到仅有几个原子直径的距离,这时即使电子没有足够的能量“越过”由这个间隙形成的势垒,由于电子的波动性它们也能经“隧道”穿过势垒.这种现象称作电子隧道效应. 观察电子隧道效应的实验模型是隧道结:一层约20A厚的绝缘物夹在两层金属薄膜之间.当在这两层金属膜之间加上小的偏压 V时,便有电子隧道穿过绝缘层形成隧道电流,此时电子获得能量eV. 隧道电子通过绝缘层有两条通道:弹性通道和非弹性通道.在弹性通道中,电子隧穿获得的能量没有损失;在非弹性通道中,电…     

磁性隧道结热稳定性的x射线光电子能谱研究

通过XPS等微观分析手段证实了磁性隧道结在高温退火后，反铁磁层中的Mn元素扩散到被钉 扎铁磁层及势垒层中，破坏了势垒层/铁磁层界面，从而导致了磁性隧道结高温退火后TMR的 下降.然而在反铁磁层和被钉扎铁磁层之间插入一层纳米氧化层后，Mn的扩散得到了抑制， 使磁性隧道结的热稳定性得以提高. 关键词： 磁性隧道结 纳米氧化层 x射线光电子能谱     

量子阱光学过程的瞬态特性

当量子阱材料注入(例如光注入)大量非平衡载流子时,非平衡载流子的动力学过程可分为两个过程:一是高激发过剩非平衡载流子的快速弛豫过程,即热载流子通过发射纵向光学声子(LO声子)与晶格交换能量、释放能量.描述这个过程的主要物理量是LO声子的散射时间常数,其时间域大约为几个ps到几十个ps,取决于激发强度、量子阱宽度等.另一个过程是弛豫到导带底(价带顶)的载流子通过辐射复合放出光子,即辐射复合发光.描述这个过程的主要物理量是发光寿命。 一、量子阱中辐射复合发光 动力学过程研究 在量子阱结构中,载流子复合发光动力学过程和体材料…     

导带弯曲对有限深GaN/Ga1-xAlxN球形量子点中束缚极化子的影响及其压力效应

采用三角势近似界面导带弯曲,研究了有限高势垒GaN/Ga1-x Al x N球形量子点中束缚极化子的结合能及其压力效应。数值计算了杂质态与声子之间相互作用对结合能的影响,同时与方形势垒进行了比较。结果表明,随着电子面密度的增加,导带弯曲效应增强,束缚极化子结合能逐渐下降。当电子面密度n s=(6.0,8.0)×1011/cm2且量子点半径R>10 nm时,束缚极化子的结合能趋近于一个相同且较小的值。结合能的极化效应主要来自杂质与光学声子相互作用的贡献。     

处理具有任意形状势垒的磁性隧道结中电子输运的一个简单方法

在Slonczewski自由电子模型的基础上,提出了一个可用于处理具有任意形状势垒的磁性隧道结中磁电子输运的简单方法,并以三种常见构形的势垒,即梯形势垒,计入了镜像势的梯形势垒和抛物线势垒为例,讨论了势垒形状对隧穿磁电阻及其随偏压变化的影响. 关键词： 磁性隧道结 隧穿磁电阻 任意形状势垒 非零偏压