本科毕业论文论文题目： 半导体量子点电子态研究 学生姓名： 赵福娟 学 号 ： 201009410107 专 业 ： 电子科学与技术 指导教师： 董庆瑞 学 院： 物理与电子科学学院 2014 年 月 日毕业论文（设计）内容介绍论文（设计）题 目 半导体量子点的电子态研究选题时间 2012.12.20 完成时间 2012.5.20论文（设计）字数10536关 键 词 量子点 电子结构 量子尺寸效应 库仑阻塞效应论文题目的来源、理论和实践意义： 来源： 自从江崎和朱兆祥提出超晶格的设想以来，伴随着分子束外延和其他外延技术发展，各种半导体微结构的研究和应用已成为半导体科学和技术发展的最主要焦点，目前正经历一迅速发展时期，同时，集成电路已达到纳米量级的加工尺寸对集成电路发展的 Moore 律构成严重挑战，而半导体微结构其重点量子点的研究正孕育着新一代信息技术的科学基础。理论意义： 半导体量子点是一类新型低维量子结构。由于材料的尺寸可以与其中载流子的德布洛意波波长相比拟，载流子的波动性表现得十分明显，为凝聚态基础研究和固体电子学提供了物理基础，为我们理解物质的宏观特性提供了重要中介途径，而且其本身表现的特殊现象对量子力学和统计力学一些基本原理进行理论上的澄清和实验上的检验。实践意义： 低维半导体异质结构材料是新一代固体量子器件的基础, 高质量低维结构材料的可控生长和微细加工技术的不断进展, 可能触发新的微电子和光电子技术革命, 具有十分重要意义。论文的主要内容及创新点：主要内容：本文较为系统地介绍了半导体量子点的工艺，性质及应用的有关内容，详细列出数种典型量子点电子结构的计算方法。本文共有五章：第一章 介绍了量子点的概念和本文研究主旨；第二章 介绍半导体量子点的制备方法；第三章 半导体量子点的主要性质；第四章 列举了典型量子点电子结构计算方法，第五章 对半导体量子点应用原理解释。第六章，当前研究热点发展前景展望创新点：本篇论文不仅介绍了半导体量子点的概念，当今制备技术，特别是对半导体量子点的量子效应、各种典型电子结构进行详细探讨，为电子结构计算提供了一种思路，注重理论计算与实践应用的结合，探讨了量子点在量子器件的设计和制造的基础理论依据和应用模型。附：论文（设计） 本人签名： 年 月 日3目录摘要： .4一 绪论 .51.1 量子点的概念 .51.2 本文研究内容及意义 .5二 半导体量子点的制备 .6三 半导体量子点的重要性质 .73.1 半导体量子点的主要性质 .73.1.1 量子点的电子态 .73.1.2 量子点的干涉特性 .73.1.3 量子点的热学稳定性 .73.2 半导体量子点的量子效应 .83.2.1 表面效应 .83.2.2 量子尺寸效应 .83.3 半导体量子点的量子输运 .83.3.1 库仑阻塞效应 .83.3.2 宏观量子隧道效应 .93.3.3 共振隧穿效应 .9四 半导体量子点的电子结构 .94.1 箱型量子点 .104.2 球型量子点 .114.3型量子点 .134.4 磁场中的量子点 .15五 半导体量子点的应用、研究现状及前景展望 .175.1 半导体量子激光器 .175.2 单光子光源 .175.3 单电子器件 .175.4 量子计算机 .185.5 目前半导体量子点研究亟待解决的问题： .18六 结束语 .18参考 文献： .204半导体量子点的电子态研究刘小梅(山东师范大学 物理与电子科学学院)摘要：随着半导体器件发展的微型化，对半导体量子点的研究不但具有重要的基础理论意义，而且在量子功能器件中具有巨大的、潜在的应用价值，本文从量子点定义出发，阐述了量子点制备方法、电子量子效应，重点讨论量子点电子结构，详细阐述量子点器件的应用，并对其应用前景进行展望。关键词：量子点 电子结构 量子尺寸效应 库仑阻塞效应Semiconductor Quantum Dot Electronic StateLiu Xiaomei（College of Physics and Electronics, Shandong Normal University）Abstract: With the miniaturizing of semiconductor device, the study of semiconductor is not only important for the fundamental theory research,but also has giant potential value for the application of the devices based on quantum dots. In this paper,by introducting the definition of semiconductor quantum dots, the manufacturing methods and the electrons quantum-confined effects are described .And the paper focus on the electronic structure of quantum dots and the application of the devices of the semiconductor quantum dots as well as describes the future application of the quantum dots.Keywords: Quantum Dot Electronic Structure Quantum Size Effect Coulomb Blockade Effect 5一 绪论1970 年，半导体超晶格、量子阱概念的提出，开创了人工设计、制备低维量子结构材料研究的新领域，所谓低维量子结构材料，通常是指三维体材料之外的二维超晶格、量子阱、一维量子线和零维量子点材料。半导体量子点是一种三维尺寸都趋于载流子的德布罗意波长的半导体纳米结构，这种结构可有效限制载流子的空间分布和运动，有不同于体材料的量子物理特性，如电子结构、输运特性及光学性质，具有态密度和能量与 函数类似的性质，同时量子点的形状结构和尺寸可人为调控，以调节其带隙、量子束缚能及激子的能量蓝移等电子状态，进而开辟了半导体纳米结构新的应用，可实现量子点器件的电学和光学性质的剪裁，得到低功耗、高性能的新型元器件，是国际研究的前沿热点领域。本文对半导体量子点的电子结构、性质、应用及其发展前景等相关知识进行介绍。1.1 量子点的概念量子点（quantum dot） ，准零维（quasi-zero-dimensional）的纳米材料，由少量原子构成，其三个维度尺寸都在 100nm 以下，内部导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上都受到束缚限制，量子局限效应（quantum confinement effect）显著。量子点具有分离的量子化能谱，对应的波函数在空间上位于量子点中，但延伸于数个晶格周期中，同时具有少量的（1-100 个）整数个电子、空穴或空穴电子对。因而又称为人造原子 。量子点按其几何形状，可分为箱型量子点、球型量子点、四面体量子点、柱型量子点、立方量子点、盘形量子点和外场（电场和磁场）诱导量子点；按其电子与空穴的量子封闭作用，量子点可分为型量子点和型量子点；按其材料组成，量子点又可分为元素半导体量子点、化合物半导体量子点和异质结量子点，此外原子及分子团簇、超微粒子和多空硅等也属量子点范畴。1.2 本文研究内容及意义纳米科学是新世纪的科学前沿，它将改变人类的生产生活方式，同时它在基础科学方面