半导体量子电子和光电子器件-物理学进展.PDF

第 2 1 卷 　第 3 期 物 　理 　学 　进 　展 Vol . 2 1 ,No . 3 　200 1 年 9 月 PRO GR ESS IN PH YSICS Sept . ,200 1 ( ) 文章编号 200 1 半导体量子电子和光电子器件 a ,b b b 傅英 　徐文兰 　陆卫 ( 　　 a Laboratory of Physical Elect ronics and Photonics , Microtechnology Center at Chalmer s , Depart ment of Physics , Fysikgrnd 3 , Univer sit y of Got henburg and Chalmer s Univer sit y of Technology , S4 12 96 Got henburg , Sweden) ( b 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室 ,上海 　200083) 摘 　要 : 　本文阐述了半导体异质结构电子的量子特性 ,如电子波输运 、库仑阻塞效应等 。 介绍了几种新颖 、典型的量子电子器件和量子光电子器件的物理模型和基本原理 。这些器件 δ 包括了单电子晶体管 、共振隧穿二极管 、高电子迁移率晶体管 、 掺杂场效应晶体管 、量子点 元胞自动机 、量子阱红外探测器 、埋沟异质结半导体激光器 、量子级联激光器等 。给出了作者 在半导体量子器件物理方面的必威体育精装版研究结果 。 关键词 : 　半导体异质结构 ;量子器件 ; 电子波输运 ;库仑阻塞 中图分类号 : 　O47 1. 1 ; TN20 1 ; TN 36 　　　　　文献标识码 : 　A 0 　引　言 量子器件是近年来器件研制的一个前沿 ,它的迅速发展是由信息技术等应用需求和 材料制备技术发展所决定的。寻求价格低 、速度快 、尺寸小 、可靠性高的器件 ,并实现器件 的高度集成化已成为计算机工业的关键问题 。随着线路中集成的器件越来越多 ,单个器 ( ) 件的维度已到了纳米量级 。1974 年金属氧化物半导体场效应管 MO SF E T 栅极长度还 是 1 μ μ m ,1987 年到了0 . 1 m , 1992 年为 70 nm , 1995 年为 40 nm ,而 1997 年已达到 30 nm 。然而 ,未来的先进多媒体技术要求进一步减少芯片尺寸 。根据所谓的 Moore 定律 , 在过去的三十年里 ,表征存储技术的芯片集成度大致每两年翻一番 。表 1 列出了动态随 ( ) 机存储器 DRAM 的特征尺寸现状和展望 。当体系的尺度可以与电子波长相比拟时 ,就 会产生量子效应 。在纳米量级的晶体管里会有许多新现象 ,如电子干涉 、无磁场下的附加 平行电导 、电导振荡以及磁场下电导振荡周期的陡峭变化 。一些新奇的器件如共振隧穿 二极管 、量子阱红外探测器等都要在量子力学的框架上进行讨论 。 　　对量子器件而言 ,纳米精度上的材料制备和器件 、线路制作是制约器件发展的决定因 收稿 日期 :2000120 1 ( ) 基金项 目: 国家自然科学基金 资助 256 物 理 学 进 展 2 1 卷 ( )