低维半导体结构和激子

Pub. Co./c2004.
本书可供化学、物理、材料等领域中从事液晶聚合 物研究的研究人员参阅，也可作为相关专业研究生 的教材使用。
Sprin ger/c2004.
本书各章内容相对独立，每章均有内容简介，总结 及参考文献，可单独阅读。全书结构清晰，可供相 关领域的研究生，教师及研究人员参阅，也可作为 研究生的自学资料和教材使用。
8.
0614 FS66
The defect chemistry of metal oxides/金 属氧化物中的缺陷化学
Press/c2006.
子缺陷、掺杂效应、非化学计量性以及质量和电荷 的输运，特别强调了成分元素的一般化学性能与其 化合物的缺陷化学和输运性能之间的关系。 覆盖了 缺陷形成种类、掺杂效应、化学计量的偏离程度和 方向、受主和施主浓度等等。书中设计了相应的习 题，可作为材料科学与工程、化学和地球化学等学 科中相关课程的教材
国外大学部分现用教材及教学参考书（
07
No.
索书号
书名/作者/版次
出版社/出版年
现用院校及适用对象
1.
043FB87
Modern classical optics/现代经典光学/Geoffrey Brooker./Oxford master series in physics v8.Atomic, optical, and laser physics
3.
0441
2000
FT12
Computati onal electrod yn amics:the finite-difference time-domain method./计 算电动力学：时域有限差分法/Alle n
Taflove, Susa n C. Hagn ess./2 nd ed.

半导体与纳米半导体的性能差异及应用前景张婷婷（河北工业大学材料科学与工程学院，材料物理与化学国家重点学科，天津）摘要：分别介绍了块体半导体与纳米半导体材料的一些特性及其应用，比较得出纳米半导体材料由于具有纳米材料的基本性质：表面效应、小尺寸效应、量子限域效应和介电限域效应等，导致其在光、电、声、磁、热等方面的性能与常规块体材料相比有着显著的不同，从而也就具有不同的应用范畴，最后对纳米半导体材料的发展前景做了展望。

关键词：半导体；纳米半导体；介电限域效应Performance and Application of Semiconductor andNano-semiconductor MaterialsZHANG Tingting（College of Materials Science and Engineering, Hebei University ofTechnology, Tianjin, China ）Abstract：The properties and applications of bulk and nano-semiconductor materials are mentioned. Nano-semiconductor materials with the basic properties of nano-materials, surface effect, small size effect, quantum confinement effects and dielectric confinement effects, etc., has a significant difference in light, electricity, sound, magnetism, heat and other aspects of performance with conventional bulk materials, so do as the application. The last, the development prospect of nano-semiconductor materials are put forward.Key words：semiconductor ;nano-semiconductor;dielectric confinement effect半导体材料与技术一直是推动信息时代前进的原动力和发动机，是现代高科技的核心与先导。

z方向：量子化， xy 平面：连续，总能量：连续
Lz
5.2.2 二维电子气的状态密度
载流子的统计分布
1电子的热激发。 2 载流子的复合。 3 二者达到平衡。 4 导电性依赖于温度 -------载流子浓度随温度的变化造成的。 5 要探求导电性随温度的规律。
EC
Ev
半导体的基本性质敏感地依赖温度
1 允许的量子态按能量如何分布。 2 电子在允许的量子态中如何分布。

1 1 exp( E EF ) dE
k BT
E2
m*2
E1

dE E E 1 exp( k TF )
B
2 m* 2
E2

E1
dE E E 1 exp( k TF )
B
(5.19)
5.3 异质结量子势阱中的二维电子气
5.3.1方型势阱简单分析
[
ˆ2 p 2 m*
1eV 1.6021019 J
g c ( E ) 2.1510 eV cm
21
1
3
二维系统的能态密度
Ez能量的量子化并不意味着电子能量是量子化的，由一个Ez 的分裂值,对应一 个由各种不同Exy造成的子能带.
E Exy Ez Exy (k k )
2 2 x 2 y
( x, y, z ) ( x, y) ( z )
[
2 2 2 m z 2
V ( z )] ( z ) Ez ( z )
2 x 2 y
( x, y) A exp(ik x x ik y y )
[ (k k ) ( x, y) E ( x, y ) ( x, y)
由于电子在GaAs中的有效质量很小， m*=0.067m0,由 表 可知， a=30nm,仍有 很大 间 距。

纳米材料中电子能级分布显著地不同于大块晶体材料中的电子能级分布。

在大块晶体中，电子能级准连续分布，形成一个个的晶体能带。

金属晶体中电子未填满整个导带，在热扰动下，金属晶体中的电子可以在导带各能级中较自由地运动，因而金属晶体表现为良好的导电及导热性。

在纳米材料中，由于至少存在一个维度为纳米尺寸，在这一维尺度中，电子相当于被限制在一个无限深的势阱中，电子能级由准连续分布转变为分立的束缚态能级。

能级间距δ决定了金属纳米材料是否表现出不同于大块材料的物理性质。

当离散的能级间距δ大于热能、静电能、静磁能、光子能量或超导态的凝聚能时，将导致金属纳米微粒的热、电、磁、光、以及超导电性与宏观物体有显著的不同，呈现出一系列的反常特性，此即为金属纳米微粒的量子尺寸效应。

例如，宏观状态下的金属Ag是导电率最高的导体，但粒径d<20nm的Ag颗粒在1K的低温下却变成了绝缘体；这是由于其能级间距δ变大，低温下的热扰动不足以使电子克服能隙的阻隔而移动，电阻率增大，从而使金属良导体变为绝缘体。

对于半导体而言，在尺寸小于100nm的纳米尺度范围内，半导体纳米微粒随着其粒径的减小也会呈现量子化效应，显现出与常规块体不同的光学和电学性质。

常规大块半导体的能级是连续的能级，当颗粒减小时，半导体的载流子被限制在一个小尺寸的势阱中，在此条件下，导带和价带过渡为分立的能级，使半导体的能隙变宽，、吸收光谱阈值向短波方向移动，此即为半导体纳米微粒的量子尺寸效应。

与金属导体相比，半导体纳米微粒组成的固体禁带宽度较大，受量子尺寸效应的影响非常明显。

对任何一种材料，都存在一个临界颗粒大小的限制，小于该尺寸的颗粒将表现出量子尺寸效应。

除导体变为半导体、绝缘体以外，纳米微粒的比热、磁矩等性质将与其所含电子数目的奇偶性有关，如：含有偶数电子的颗粒具有抗磁性，含有奇数电子的颗粒具有顺磁性（电子自旋磁矩的抵消情况不同）。

纳米金属颗粒的电子数一般不易改变，因为当其半径接近T）要大。