纳米异质结构中弹性场和压电场的理论研究

发布时间：2020-03-25 23:15

【摘要】：砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)和硅锗(SiGe)等压电半导体材料性能优异,适用于高速、高频、高温和大功率电子器件,是制作高性能微波和毫米波器件及电路的优良材料,广泛应用于航空航天、卫星通讯等领域,对航空航天事业的发展具有重要意义。近年来,随着金属有机化学气相淀积技术(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)和分子束外延生长技术(Molecular Beam Epitaxy,MBE)的发展,具有更优良性能的纳米异质结构压电材料不断研制并应用。与传统的单晶压电材料相比,由于纳米异质结构压电材料中所夹杂的纳米微粒具有非常大的表面-体积比,微观结构呈现出独特的物理特性足以改变材料的宏观性能。因此,微粒与基质之间的界面无法像经典力学那样被忽视,而应被视为具有与微粒和基质不同的第三种属性的材料,这也将对压电材料中的力-电耦合特性产生影响。针对上述现象,本文详细研究了纳米尺寸下界面效应对压电效应的影响作用以及弹性场与压电场间的耦合作用。本课题主要开展了如下工作:(1)基于表面余能(Surface Excess Energy)的基本概念和计算方法,引入表面弹性性能的基本概念。并通过分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟获得部分材料的表面弹性性能参数。(2)建立夹杂各向同性材料量子点的纳米异质结构力学模型,通过在计算模型中引入界面拉梅常数的方式将界面效应对弹性场和压电场影响进行分析。推出在界面效应影响下,纳米异质结构中弹性场和压电场的解析表达式。通过将异质结构设为GaAs/InAs进行数值分析从而给出数值解,并得出界面效应对压电效应的影响效果。(3)建立夹杂各向异性材料量子线的纳米异质结构力学模型,将界面弹性系数引入到计算模型中,推出界面效应影响下结构中弹性场和压电场的解析表达式。将异质结构设为InAs/InP进行数值分析并给出数值解,并模拟出量子线纳米异质结构中界面效应对压电效应的影响效果。(4)研究纳米异质结构中顺序耦合和完整耦合对计算结果的影响。对弱力-电耦合材料GaAs和强力-电耦合材料AlN均同时采用顺序耦合和完整耦合的方式进行数值计算,通过对比四组数据来分析耦合方式对计算结果的影响。将界面效应引入到夹杂多个量子点的纳米异质结构的全耦合计算中,分析界面效应对整体结构等效介电常数的影响。
【图文】：

.1 压电电子学、光电子学、压电光子学与压电光电子学的研究和应用 Research and application prospects of piezoelectric photonics and optoel佐治亚理工学院的王中林教授及其课题组对氮化镓（GaN）电半导体材料进行进一步的研究，通过对压电半导体材料施产生的压电电势实现了对半导体器件内载流子传输特性及现象，，王中林教授分别在 2007 年和 2010 年提出了两个新[14]

7图 2.1 半无限体及其自由表面Fig.2.1 Semi-infinite body and its free surface由能最初构想的产生可以追溯到 1928 年，Gibbs
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 刘玉敏;俞重远;任晓敏;徐子欢;;Self-organized GaN/AlN hexagonal quantum-dots:strain distribution and electronic structure[J];Chinese Physics B;2008年09期

2 ;压电半导体及其应用[J];压电与声光;1970年03期

本文编号：2600581