面向光电子应用的纳米结构器件设计、建模与制备

本研究工作涵盖用于光电子应用的垂直排列纳米线金属氧化物半导体基电压可调量子点器件的设计、建模与制备。提出了一种开发此类VTQD的新器件方案，结合纳米线几何依赖的横向结构限制效应与电压辅助纵向表面量子化效应。通过开发自洽量子静电同步求解器，预测了室温下氧化物/半导体界面附近VTQD的形成。采用基于入射光子和生成光生载流子的二次量子化场算符的非平衡格林形式，解析建模了纳米线MOS基VTQD器件中的光生现象与载流子输运。对结构与电学量子化联合效应的调控，为开发具有高光谱分辨率的波长选择性直接彩色传感器提供了途径。所开发的基于NEGF的解析模型被进一步扩展以获得光电流，可用于太阳能收集。还提出了一种设计窗口，用以在纳米线直径和氧化物厚度等优化器件参数下获得太阳能电池性能参数的期望值。最后，采用电子束光刻制备了此类纳米线MOS基VTQD器件的图形化阵列。在FESEM腔内原位测量的此类器件电容电压特性中的台阶状行为，证实了室温下VTQD的形成。此类图形化纳米线MOS基VTQD器件可用于先进光传感与太阳能收集应用。