硅纳米线双量子点三维静电场与量子约束建模
介观与纳米尺度物理
2025-11-05 v2 应用物理
摘要
本文提出一种三维仿真研究，针对硅纳米线双量子点 (DQDs) 进行 T=2 K 条件下的电子态建模，超越传统有效质量法或针对 bulk 或平面几何所采用的准一维和准二维方法。三维泊松求解器在与 2-D Schrodinger 方程自一致耦合后，沿垂直于传输方向的切片 (宽度乘厚度) 进行求解，以获得在 T=2 K 下的空间变化亚带和波函数。该切片近似方法基于总长度/宽度比例大于 20，且在传输方向上波函数变化小于 1.2% 而得到验证。最终得到的有效导带轮廓被导入到全波、开边界 Schrodinger 求解器中，用于计算传输谱 T(E)，并通过第一两个共振态的键合/反键合分裂来评估隧道耦合系数 tc。仿真结果表明，窄圆点 (W=5 nm) 提供强约束和稳健的单电子局域化，但需要更高的鞘垫栅极电压；而较宽的圆点 (W=20 nm) 在较低偏压下加载电子，但形成较浅、更广延的态。随着圆点宽度和长度增加，隧道耦合减小，原因是圆点间波函数重叠度降低；当 W>2LPG 时，隧道耦合趋于饱和，此时纵向约束由鞘垫栅长度主导。模拟得到的隧道耦合趋势与报道的 Si DQD 器件实验数据一致。
引用
@article{arxiv.2510.07831,
title = {Three-Dimensional Electrostatic and Quantum-Confinement Modeling of Silicon Nanowire Double Quantum Dots},
author = {Nilesh Pandey and Dipanjan Basu and Leonard F Register and Sanjay K Banerjee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.07831},
year = {2025}
}