【摘要】：在自组织Ge/Si量子点这类低维材料中,自旋的运动在空间三维方向上都遭到限制锗与量子通讯,电子(空穴)态呈类“原子”的分立基态,即量子化。在这些低维体系中发觉了好多新的化学现象,如量子限制效应,共振隧穿,超晶格微带传输,声子约束效应,二维电子气效应等。这种新的特点,促使半导体设计和制造由原来的“杂质工程”发展到“能带工程”成为可能。但是实验中,自组织Ge/Si量子点规格和空间分布的均匀性常常难以得到有效的控制,在应用于元件时很难达到设计目标。相较于双层量子点,多层量子点的耦合应用于元件时,对量子点的形貌要求较低,但是多层耦合会促使元件的性能愈发优异。目前还未见较为成熟的理论对量子点结构的空穴态进行模拟估算、分析,引入单带重空穴模型和六带-(K·P)模型对耦合Ge/Si量子点结构的空穴态进行研究,可以为实验提供理论数据参考。本文的主要工作包括以下内容：1.分别采用单带重空穴近似和六带K·P模型锗与量子通讯,我们对垂直耦合锗量子点在不同耦合距离下空穴态特点进行了估算,并阐述了载流子-轨道的互相作用对空穴态对称性的影响。估算结果表明：多带耦合的框架下,随着量子点垂直宽度的减小,空穴能级从成键态转变为反键态,但是价带能级基态和第一迸发态基态发生反交叉现象,这与单带模型下得到的相应结果存在较大差别。通过剖析六带模型估算得到的成、反键态波函数,结果表明：轻、重空穴态和载流子-轨道分裂态对特点空穴态波函数的贡献比列随着量子点垂直宽度的减小发生了转变；并最终造成量子点空穴能级波函数由成键态转变为反键态。2.采用六带K·P模型对耦合Ge量子点空穴态的局域态进行了模拟剖析。估算结果表明：耦合量子点的空穴态的局域化受量子点垂直宽度的影响,随着量子点垂直宽度的减小,空穴态的局域化程度变强；量子点规格和局域化厚度存在某种关联性,量子点规格较大时,局域化宽度较小；耦合作用的强弱是造成耦合量子点空穴态局域化程度发生改变的根本缘由。3.采用单带重空穴近似模型研究了Ge/Si量子点作为中间带材料的量子点中间带太阳电板。阐述了浸润层、量子点规格、量子点垂直宽度、层数对空穴态密度以及中间基态的影响。
