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第1章 绪论1

1.1 低维量子器件的发展历史1

1.1.1 低维电子输运器件1

1.1.2 低维光电子器件3

1.2 低维量子器件的未来预测5

1.2.1 纳米光子器件5

1.2.2 磁性纳米器件5

1.2.3 有机纳米器件6

1.2.4 量子信息处理器件6

参考文献8

第2章 低维量子结构的物理性质9

2.1 低维量子结构的能带特征9

2.1.1 异质结的能带特点9

2.1.2 AlxGa1-xAs/GaAs调制掺杂异质结10

2.1.3 GexSi1-x/Si异质结11

2.1.4 超晶格的能带结构12

2.2 低维量子结构中的电子状态13

2.2.1 调制掺杂异质结三角形势阱中的电子状态14

2.2.2 二维量子阱中的电子状态15

2.2.3 一维量子线中的电子状态17

2.2.4 零维量子点中的电子状态19

2.3 低维量子结构中的激子状态20

2.3.1 量子阱中的激子21

2.3.2 量子点中的激子22

2.4 低维量子结构中的载流子输运23

2.4.1 二维电子气的散射机构23

2.4.2 双势垒结构的共振隧穿输运26

2.4.3 异质结中热电子的实空间转移28

2.4.4 零维体系的库仑阻塞现象30

2.5 低维量子体系的光学性质32

2.5.1 量子阱中的二维激子特性32

2.5.2 量子阱的发光特性36

2.5.3 零维体系的量子尺寸效应37

参考文献40

第3章 异质结双极晶体管42

3.1 HBT的器件结构42

3.1.1 AlGaAs/GaAs HBT42

3.1.2 InGaP/GaAs HBT43

3.1.3 InGaAs/InP HBT44

3.1.4 SiGe/Si HBT44

3.2 不同能带形式的HBT45

3.2.1 宽带隙发射区HBT45

3.2.2 缓变基区HBT46

3.2.3 宽带隙集电区HBT47

3.3 HBT中的载流子输运过程47

3.3.1 宽带隙发射区HBT中的载流子输运48

3.3.2 缓变基区HBT中的载流子输运48

3.3.3 HBT发射区-基区空间电荷区中的载流子复合49

3.3.4 宽带隙集电区HBT中的载流子输运51

3.4 HBT的器件特性52

3.4.1 电流增益52

3.4.2 电流-电压特性54

3.4.3 频率特性56

3.4.4 温度特性58

3.5 SiGe/Si HBT的器件性能59

参考文献61

第4章 高电子迁移率晶体管63

4.1 调制掺杂异质结中的二维电子气63

4.1.1 2DEG的面密度63

4.1.2 2DEG的迁移率65

4.2 HEMT的工作特性66

4.2.1 阈值电压66

4.2.2 跨导68

4.2.3 电流-电压特性68

4.2.4 电容-电压特性71

4.3 高频逻辑HEMT72

4.3.1 低噪声HEMT72

4.3.2 大功率HEMT73

4.4 GaN基HEMT74

4.4.1 GaN基异质结中的2DEG74

4.4.2 GaN基HEMT的工作特性75

4.5 δ掺杂场效应晶体管76

参考文献77

第5章 共振隧穿电子器件79

5.1 不同势垒结构的隧穿特性79

5.1.1 单势垒结构的隧穿79

5.1.2 双势垒结构的共振隧穿80

5.1.3 多势垒结构的顺序共振隧穿81

5.2 共振隧穿二极管82

5.2.1 RTD的共振隧穿电流密度82

5.2.2 RTD的响应速度84

5.2.3 结构参数对RTD输运特性的影响85

5.3 共振隧穿晶体管86

5.3.1 对称双势垒结构RTT87

5.3.2 量子阱与超晶格基区RTT88

5.3.3 共振隧穿热电子晶体管89

5.4 负阻场效应晶体管89

5.5 转移电子器件91

参考文献93

第6章 单电子输运器件95

6.1 单电子箱95

6.2 单电子和单光子旋转门器件96

6.2.1 单电子旋转门器件96

6.2.2 单光子旋转门器件97

6.3 单电子泵98

6.4 单电子存储器99

6.4.1 单电子存储器的工作原理99

6.4.2 浮栅量子点单电子存储器101

6.5 单电子晶体管103

6.5.1 SET的工作原理103

6.5.2 SET的噪声特性104

6.5.3 SET的灵敏度104

6.5.4 电容型SET105

6.5.5 电阻型SET106

6.5.6 射频SET109

6.5.7 单电子CCD110

6.6 库仑阻塞测温计111

参考文献111

第7章 量子结构激光器113

7.1 量子阱激光器113

7.1.1 量子阱激光器的性能特点113

7.1.2 量子阱激光器的结构类型113

7.1.3 量子阱激光器的工作原理115

7.1.4 量子阱激光器的性能参数116

7.1.5 垂直腔面发射量子阱激光器122

7.2 量子点激光器123

7.2.1 量子点激光器的物理性能123

7.2.2 量子点激光器对材料性质的要求126

7.2.3 几种典型的量子点激光器127

7.2.4 量子点光放大器129

7.3 量子级联激光器130

7.3.1 QC激光器的物理特性130

7.3.2 QC激光器的工作原理131

7.3.3 QC激光器的性能参数133

7.3.4 几种典型的QC激光器133

参考文献135

第8章 量子结构红外探测器136

8.1 光探测器的性能参数136

8.2 pin型光探测器137

8.2.1 基本工作原理137

8.2.2 光产生电流分析138

8.3 雪崩光电探测器140

8.3.1 APD的工作原理140

8.3.2 各种改进型的APD142

8.4 量子阱红外探测器144

8.4.1 QWIP的结构类型144

8.4.2 QWIP的光谱响应率145

8.4.3 QWIP的探测率145

8.5 量子点红外探测器146

8.5.1 量子点红外探测器的性能146

8.5.2 不同类型的量子点红外探测器146

8.6 太赫兹单光子探测器149

8.6.1 双量子点单光子探测器149

8.6.2 单量子点单光子探测器150

8.6.3 双量子阱单光子探测器151

8.7 量子限制斯塔克效应器件152

参考文献153

第9章 量子结构太阳电池154

9.1 太阳电池的光伏参数154

9.1.1 短路电流密度154

9.1.2 开路电压155

9.1.3 填充因子156

9.1.4 功率转换效率157

9.1.5 Shockley-Queisser极限效率158

9.2 量子阱太阳电池159

9.2.1 量子阱结构中的光吸收159

9.2.2 量子阱太阳电池的结构组态与光电流密度160

9.3 量子点太阳电池162

9.3.1 pin结构量子点太阳电池162

9.3.2 量子点激子太阳电池165

9.3.3 量子点中间带太阳电池169

参考文献172

第10章 其他低维量子器件简介174

10.1 自旋电子器件174

10.1.1 自旋场效应晶体管174

10.1.2 弹道自旋晶体管175

10.1.3 自旋发光器件176

10.2 单分子器件177

10.2.1 单电子隧穿型单分子晶体管177

10.2.2 内部机械运动型单分子晶体管178

10.2.3 分子存储器180

10.3 量子点网络自动机180

10.4 超导量子器件182

10.5 Si基自旋量子计算机183

参考文献184