Сайты ТУСУРа

Полупроводниковая оптоэлектроника

Учебное пособие

Излагаются физические основы, принципы работы, а также топология приборов современной полупроводниковой оптоэлектроники, использующих свойства наноразмерных объектов типа квантовых ям, квантовых проволок и квантовых точек. В изложении сделан акцент на описание физических процессов формирования электрических и оптических свойств гетероструктур, а также их отличия от объектов микроэлектроники. В первых главах даётся определение наиболее важных параметров полупроводников, определяющих применимость физических моделей для описания их свойств. Особое внимание уделено рассмотрению длины волны де Бройля. Показаны физические причины эффекта размерного квантования в гетероструктурах с потенциальными ямами, а также основные изменения их энергетического и долинного спектров при ограничении движения электронов по одной, двум и трём координатам. Проанализирована роль внутренних электрических полей на свойства нанообъектов. Указаны потенциальные преимущества элементов оптоэлектроники, использующих квантовые ямы, квантовые проволоки, квантовые точки и их комбинации. В последующих главах приведены сведения о механизмах токопротекания в элементах наноэлектроники, их особенностях и связанные с этим эффекты кулоновской блокады, осцилляции Блоха. Дано краткое описание оптических свойств квантовых ям и квантовых точек. В конце пособия рассматривается физическое содержание эффектов, которые используют для управления световыми потоками: эффект Франца – Келдыша, эффект двулучепреломления в объёмных кристаллах и в нематических жидких кристаллах, а также эффект Штарка в наноразмерных структурах.

Кафедра электронных приборов

Библиографическая запись:

Давыдов, В. Н. Полупроводниковая оптоэлектроника: Учебное пособие [Электронный ресурс] / В. Н. Давыдов. — Томск: ТУСУР, 2022. — 87 с. — Режим доступа: https://edu.tusur.ru/publications/9910
Автор:   Давыдов В. Н.
Год издания: 2022
Количество страниц: 87
Скачиваний: 267

Оглавление (содержание)

1 ГЛАВА 1 ИСТОРИЯ И РАЗВИТИЕ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

2 ГЛАВА 2 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ФИЗИКИ НАНОСИСТЕМ

2.1 Характерные длины в мезоскопических системах………………….

2.2 Основные объекты наноэлектроники: ямы, проволоки, и точки……

2.3. Контрольные вопросы по главе

3 ГЛАВА 3 ФИЗИКА СИСТЕМ ПОНИЖЕННОЙ РАЗМЕРНОСТИ

3.1 Основные положения…………………………………………………..

3.2 Двумерные квантовые наноструктуры………………………………..

3.2.1 Энергетический спектр двумерных наноструктур………….

3.2.2 Плотность электронных состояний в двумерных системах..

3.2.3 Прямоугольная потенциальная яма конечной глубины…….

3.2.4 Параболическая и треугольная квантовые ямы……………..

3.2.5 Ограничение числа уровней размерного квантования

в ямах различного профиля…………………………………….

3.3 Одномерные наноструктуры - квантовые проволоки………………..

3.3.1 Энергетический спектр квантовых проволок………………….

3.3.2 Плотность состояний в одномерной наноструктуре…………

3.4 Нульмерные объекты - квантовые точки …………………………….

3.4.1 Основные свойства квантовых точек…………………………...

3.4.2 Базовые методы получения квантовых точек …………………

3.4.3 Перспективные методы получения квантовых точек…………

3.5 Напряженные слои в нанообъектах………………………………….

3.5.1 Влияние упругих напряжений на структуру валентной зоны

3.5.2 Поляризационные явления в наноразмерных

гетероструктурах………………………………………………..

3.6 Экситонные эффекты в квантовых ямах……………………………...

3.7. Контрольные вопросы по главе 3…

4 ГЛАВА 4 НАНОСТРУКТУРЫ И СВЕРХРЕШЁТКИ 41

4.1 Структура полевого транзистора……………………………………...

4.2 Гетеропереходы………………………………………………………..

4.2.1 Гетеропереходы с модулированным легированием…………..

4.2.2 Напряженные гетероструктуры на основе SiGe……………….

4.3 Квантовые ямы…………………………………………………………

4.3.1 Множественные квантовые ямы ……………………………….

4.4 Сверхрешётки…………………………………………………………..

4.4.1 Концепция сверхрешеток………………………………………...

4.4.2 Классификация сверхрешеток……………………………………

4.4.3 Энергетический спектр сверхрешетки………………………….

4.4.4 Модель сверхрешетки Кронига – Пенни. Расщепление зон…..

4.5 Контрольные вопросы по главе 4……………………………………. 41-42

5 ГЛАВА 5 ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА ЗАРЯДА В НАНОСТРУКТУРАХ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ 53

5.1 Продольный перенос………………………………………………………..

5.1.1 Механизмы рассеяния электронов..................................................

5.1.2 Продольный перенос горячих электронов……………………..

5.2 Поперечный перенос…………………………………………………...

5.2.1 Резонансное туннелирование в наноструктурах……………….

5.2.2 Токопротекание в сверхрешетках в поперечных

электрических полях……………………………………………

- Блоховские осцилляции……………………………………..

- Штарковские лестницы……………………………………...

- Отрицательное дифференциальное сопротивление

5.3 Квантовый перенос в наноструктурах………………………………..

5.3.1 Токопротекание в квантовых ямах……………………………..

5.3.2 Токопротекание в квантовых проволоках. Формула

Ландауэра…………………………………………………………

5.3.3 Токопротекание в квантовых точках. Кулоновская блокада….

5.4 Контрольные вопросы по главе 5…………………………………….. 53-54

6 ГЛАВА 6 ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИЗКОРАЗМЕРНЫХ

ГЕТЕРОСТРУКТУР 69

6.1 Вводные замечания…………………………………………………….

6.2 Особенности люминесценции в квантовых ямах……………………

6.2.1 Описание рекомбинации с помощью произведения

концентраций…………………………………………………….

6.2.2 Описание рекомбинации с помощью обратной суммы

обратных величин концентраций……………………………….

6.3 Оптические свойства квантовых ям и сверхрешеток……………….

6.4 Оптические свойства квантовых точек ……………………………..

6.5 Контрольные вопросы по главе 6…………………………………….. 69

69-73

69-71

71-73

73-75

75-76

77

7 ГЛАВА 7 ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ОПТИЧЕСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ 78

7.1 Общие сведения об электрооптических эффектах

в квантовых точках………………………………………………………....

7.2 Общие сведения об ээлектрооптических эффектах

в сверхрешетках…………………………………………………………….

7.3 Эффекта Франца – Келдыша в оптоэлектронике…………………….

7.4 Эффект двулучепреломления в оптоэлектронике……………………

7.4.1 Двулучепреломление в анизотропных 3D кристаллах……….

7.4.2 Двулучепреломление в жидких кристаллах……………………

7.5 Квантоворазмерный эффект Штарка в оптоэлектронике ……………

7.6 Контрольные вопросы по главе 7……………………………………

78

78-79

79-82

82-80

82-83

83-85

85-86

86

8 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 86-87


Похожие пособия