Моделирование электронных свойств квантовой проволоки

Актуальность работы. Изучение квантово-размерных структур представляет собой большой интерес как с практической, так и с теоретической точек зрения. Впервые квантовые размерные эффекты в полупроводниковых структурах были продемонстрированы в 70-х годах на так называемых "квантовых ямах": структурах, состоящих из тонкой эпитаксиальной пленки полупроводникового материала с меньшей шириной запрещенной зоны, находящейся между двумя слоями полупроводника с большей шириной запрещенной зоны. Если толщина пленки сравнима с де-бройлевской длиной волны носителей заряда, то движение носителей заряда в направлении, перпендикулярном пленке, строго квантовано.

---

Если можете сделать курсовую работу на заказ в Краснодаре пишите нашим менеджерам.

---

. Квантово-размерные структуры можно классифицировать по числу измерений, движение носителей в которых ограничено и квантовано. Это двухмерные структуры (квантовые ямы), одномерные структуры (квантовые проволоки), нульмерные структуры (квантовые точки, нанокластеры, нанокристаллиты). В настоящее время во многих институтах и лабораториях ведутся активные исследования как раз в области нульмерных структур, поскольку именно в квантовых точках квантовые размерные эффекты проявляются особенно сильно. Кроме того, квантовые точки могут послужить основой для создания новых полупроводниковых и оптоэлектронных приборов. Следует отметить, что по сей день на пути тонких экспериментальных исследований и конструирования приборов на основе квантовых точек встают, в основном, технологические трудности. Наиболее распространенным, совершенным и технологичным являются методы, основанные на самоформировании квантовых точек в процессе гетероэпитаксиального роста пленок с большим несоответствием постоянных решеток. При определенной критической толщине выращиваемой сжатой пленки происходит переход от двумерного роста к трехмерному (процесс Странского-Крастанова). Известен способ получения квантовых точек, выбранный прототипом, описывающий метод получения квантовых точек, используя именно такой эпитаксиальный рост напряженных структур. Петрофф с соавторами описали метод получения квантовых точек, не требующий использования литографии. Метод включает осаждение на подложку материала, имеющего постоянную атомной решетки, отличающуюся от постоянной решетки подложки. Под воздействием внутренних напряжений, вызванных несоответствием постоянных атомной решетки, происходит самоформирование квантовых точек из осажденного материала. В процессе осаждения ведут наблюдение поверхности по дифракции отраженных высокоэнергетичных электронов, что позволяет прекратить рост, когда нужное количество квантовых точек сформируется. Цель работы – исследовать моделирование электронных свойств квантовой проволоки. Задачи: - рассмотреть использование и применение квантовой проволоки; - провести анализ электронных свойств квантовой проволоки; - описать разработку электронных свойств квантовой проволоки . Объект исследования – квантовая проволока. Предмет исследования – моделирование электронных свойств проволоки. Методы исследования – анализ, обобщение полученной информации. Теоретическая значимость работы заключается в исследовании использования и применения квантовой проволоки. Практическая значимость работы заключается в разработке электронных свойств квантовой проволоки. Структура работы состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы.

Основные результаты выпускной квалификационной работы состоят в следующем: 1. Перспективными для создания разнообразных наноэлектронных приборов являются квантовые проволоки. Достаточно отметить, что в настоящее время уже изготовлены высокочувствительные датчики, а также первые интегральные схемы на их основе. К сожалению, серьезную проблему представляет исследование физики процессов, протекающих в таких приборных структурах, с помощью моделирования. 2. Исследован способ изготовления квантовых объектов (точек, проволок и элементов квантовых приборов), включающий выращивание напряженной пленки из материала, имеющего постоянную кристаллической решетки большую, чем материал подложки, отличающийся тем, что толщина напряженной пленки меньше критической и пленка выращивается псевдоморфной, а между напряженной пленкой и подложкой выращивается жертвенный слой, который затем селективно удаляется под заданной областью пленки, что освобождает часть пленки от связи с подложкой, и эта часть выпучивается или гофрируется, в результате чего меняется напряжение в пленке, что, в свою очередь, вызывает сдвиг дна зоны проводимости (вершины валентной зоны), приводящий к формированию локальной потенциальной ямы для носителей. 3. Из результатов видно, что для всех исследуемых материалов получаются области насыщения на характеристиках квантовых проволок как в случае учета, так и в случае неучета рассеяния, что хорошо согласуется с результатом работы для квантовых интерференционных транзисторов, полученными, однако, с использованием другой модели. Для случая неучета рассеяния насыщение начинается, когда приложенное продольное напряжение становиться равным значению определяемым энергией Ферми. Для различных материалов значения плотностей токов различны. 4. Квантово-интерференционный транзистор, содержащий изолирующую подложку, размещенные на нем интерференционный элемент, выполненный из квантовой проволоки, имеющий размеры меньше длины свободного пробега электрона и соединенный с токовыводами, и управляющий электрод, отличающийся тем, что интерференционный элемент выполнен в виде прямолинейного отрезка квантовой проволоки, концы которого соединены с токовыводами, а управляющий электрод выполнен в виде периодической гребенки и размещен вдоль интерференционного элемента.

1. Вайнберг С. Мечты об окончательной теории / С. Вайнберг. – М.: УРСС, 2014. – 253с. 2. Владимиров Ю.С. Реляционная теория пространства времени и взаимодействий / Ю.С. Владимиров. – М.: Изд-во Московского университета. – 2016. – 447 с. 3. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое / В. Гейнзберг. – М.: Наука, 2014. – 400 с. 4. Грибанов Д.П. Философские взгляды А. Эйнштейна и развитие теории относительности / Д.П. Грибанов. – М.: Наука, 2017. – 272 с. 5. Грабовский, Р.И. Курс физики: Учебное пособие / Р.И. Грабовский. - СПб.: Лань, 2016. - 608 c. 6. Дубровский В.Н. Новая концепция пространства-времени на планковских масштабах расстояний / В.Н. Дубровский // Философия физики элементарных частиц. – М., 2015. 412 с. 7. Ерофеева, Г.В. Практические занятия по общему курсу физики: Учебник для бакалавриата и магистратуры / Г.В. Ерофеева, Ю.Ю. Крючков, Е.А. Склярова и др. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 492 c. 8. Жаров, А.В. Курс математической физики с использованием пакета Maple: Учебник / А.В. Жаров. - СПб.: Лань, 2015. - 576 c. 9. Иванов, И.В. Сборник задач по курсу основы физики и биофизики: учебно - методическое пособие / И.В. Иванов. - СПб.: Лань, 2016. - 128 c. 10. Калашников, Н.П. Практикум по решению задач по общему курсу физики. Основы квантовой физики. Строение вещества. Атомная и ядерная физика: Учебное пособие / Н.П. Калашников. - СПб.: Лань, 2017. - 240 c. 11. Канке, В.А. Курс общей физики. Т. 4. Сборник вопросов и задач по общей физике В 4-х тт Т:4 / В.А. Канке. - М.: КноРус, 2016. - 368 c. 12. Каргаполов, М.И. Курс математики для технических высших учебных заведений. Часть 3. Дифференциальные уравнения. Уравнения математической физики. Теория оптимизации: Учебное пособие / М.И. Каргаполов, Ю.И. Мерзляков. - СПб.: Лань, 2015. - 528 c. 13. Кудин, Л.С. Курс общей физики (в вопросах и задачах): Учебное пособие / Л.С. Кудин, Г.Г. Бурдуковская. - СПб.: Лань, 2017. - 320 c. 14. Кузнецов, С.И. Курс физики с примерами решения задач. Ч. 3. Оптика. Основы атомной физики и квантовой механики. Физика атомного ядра и элементарных частиц. / С.И. Кузнецов. - СПб.: Лань, 2015. - 336 c. 15. Пенроуз Р. Циклы времени / Р. Пенроуз. – М.: Бином, 2015. – 333 с. 16. Томилин К.А. Фундаментальные физические постоянные в историческом и методологическом аспектах / К.А. Томилин. – М.: Физматлит, 2006. – 368 с. 17. Эрекаев В.Д. Онтология планковской космологии // Космология, физика, культура / В.Л. Эрекаев. – М.: ИФРАН, 2016. – С. 13–190. 18. Эрекаев В.Д. Проблема времени в квантовой гравитации и квантовой космологии / В.Д. Эрекаев // Метавселенная, пространство, время. – М.: ИФРАН, 2015. – С. 22–140. 19. Эрекаев В.Д. О пространстве квантовой механики / В.Д. Эрекаев // Метафизика. – 2015. – №1 (15). – С. 19–99. 20. Эрекаев В.Д. Онтология квантовой космологии / В.Д. Эрекаев // Современная космология: философские горизонты. – М.: Канон+, 2017. – С. 26–269.