Si 和 Ge 纳米结构中的量子限域效应：结晶度的影响
介观与纳米尺度物理
2015-06-18 v1
摘要
我们从量子限域 (QC) 的角度考察了 Si 和 Ge 纳米结构 (NSs) 的制备方法与其结构、电子和光学性质之间的关系。NSs 中的 QC 会导致带隙能量随 NS 尺寸减小而发生蓝移。直接测量 QC 效应因应力、界面和缺陷态等额外参数而变得复杂。此外，NS 制备方法的差异导致了相关参数集的差异。我们应用了一个相对简单的 QC 模型，该模型使用对有效质量理论的“盒中粒子”型微扰，涵盖了各种制备方法下的 Si 和 Ge 量子阱、量子线和量子点。选择该模型是为了区分仅由 QC 效应引起的贡献，其中唯一变化的实验参数是结晶度。研究发现，在非晶材料中空穴会发生离域，从而导致更强的限域效应。这一结果的部分原因归结于非晶与晶态 NS 之间以及电子与空穴之间的有效质量差异。我们对 QC 模型的修正考虑了位置依赖的有效质量。该项包含一个依赖于距原点位移的逆长度尺度。因此，当载流子的德布罗意波长或玻尔半径与 NS 的尺寸相当时，载流子会“感受”到改变其有效质量的限域势。此外，研究发现某些界面态 (Si-O-Si) 起到钉扎空穴态的作用，从而降低了振子强度。
引用
@article{arxiv.1312.2320,
title = {Quantum confinement in Si and Ge nanostructures: Effect of crystallinity},
author = {Eric G. Barbagiovanni and David J. Lockwood and Raimundo N. Costa Filho and Lyudmila V. Goncharova and Peter J. Simpson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1312.2320},
year = {2015}
}
备注
arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1111.2014