【摘要】：在自組織Ge/Si量子點這類低維材料中,自旋的運動在空間三維方向上都遭到限制鍺與量子通訊,電子(空穴)態(tài)呈類“原子”的分立基態(tài),即量子化。在這些低維體系中發(fā)覺了好多新的化學現(xiàn)象,如量子限制效應,共振隧穿,超晶格微帶傳輸,聲子約束效應,二維電子氣效應等。這種新的特點,促使半導體設計和制造由原來的“雜質工程”發(fā)展到“能帶工程”成為可能。但是實驗中,自組織Ge/Si量子點規(guī)格和空間分布的均勻性常常難以得到有效的控制,在應用于元件時很難達到設計目標。相較于雙層量子點,多層量子點的耦合應用于元件時,對量子點的形貌要求較低,但是多層耦合會促使元件的性能愈發(fā)優(yōu)異。目前還未見較為成熟的理論對量子點結構的空穴態(tài)進行模擬估算、分析,引入單帶重空穴模型和六帶-(K·P)模型對耦合Ge/Si量子點結構的空穴態(tài)進行研究,可以為實驗提供理論數(shù)據(jù)參考。本文的主要工作包括以下內容：1.分別采用單帶重空穴近似和六帶K·P模型鍺與量子通訊,我們對垂直耦合鍺量子點在不同耦合距離下空穴態(tài)特點進行了估算,并闡述了載流子-軌道的互相作用對空穴態(tài)對稱性的影響。估算結果表明：多帶耦合的框架下,隨著量子點垂直寬度的減小,空穴能級從成鍵態(tài)轉變?yōu)榉存I態(tài),但是價帶能級基態(tài)和第一迸發(fā)態(tài)基態(tài)發(fā)生反交叉現(xiàn)象,這與單帶模型下得到的相應結果存在較大差別。通過剖析六帶模型估算得到的成、反鍵態(tài)波函數(shù),結果表明：輕、重空穴態(tài)和載流子-軌道分裂態(tài)對特點空穴態(tài)波函數(shù)的貢獻比列隨著量子點垂直寬度的減小發(fā)生了轉變；并最終造成量子點空穴能級波函數(shù)由成鍵態(tài)轉變?yōu)榉存I態(tài)。2.采用六帶K·P模型對耦合Ge量子點空穴態(tài)的局域態(tài)進行了模擬剖析。估算結果表明：耦合量子點的空穴態(tài)的局域化受量子點垂直寬度的影響,隨著量子點垂直寬度的減小,空穴態(tài)的局域化程度變強；量子點規(guī)格和局域化厚度存在某種關聯(lián)性,量子點規(guī)格較大時,局域化寬度較小；耦合作用的強弱是造成耦合量子點空穴態(tài)局域化程度發(fā)生改變的根本緣由。3.采用單帶重空穴近似模型研究了Ge/Si量子點作為中間帶材料的量子點中間帶太陽電板。闡述了浸潤層、量子點規(guī)格、量子點垂直寬度、層數(shù)對空穴態(tài)密度以及中間基態(tài)的影響。
