一维电子隧穿寿命的理论研究

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量子隧穿是一个很古老的课题,同时这也是量子力学中最为神奇的现象之一,1931年Condon首次提出了“粒子穿过势垒需要多长时间?”的问题,在此之后许多研究者都在这一领域做了大量的探索工作。由于量子力学中的测不准关系,一个粒子的空间位置和动量是不可能同时确定的,因此不能用经典力学的方法来得到隧穿时间,但是粒子运动状态的改变总是要需要时间的,并且这段时间应该是可以测量的,粒子的隧穿时间的研究对半导体器件的制造具有理论上的指导作用。本文采用投影格林函数近似方法(PGF)计算局域在一维单势垒,双势垒以及多势垒量子阱结构中的电子的隧穿寿命,我们将PGF近似运用到特定材料的单势垒,双势垒以及多势垒的量子阱结构,在计算中我们主要选取了GaAlAs和AlAs材料的量子阱结构,计算局域在其中的电子的隧穿寿命,讨论其影响因素和分析其走势原因,并采用Origin等数学软件对结果进行了可视化的数值分析,所得的结果有助于更好的理解器件材料的性质。隧穿寿命是评价不同电子器件性能的一个重要参数,它对势垒的尺寸结构有很强的依赖关系,因此我们探讨和分析了不同势垒结构中势垒厚度以及势阱宽度对隧穿寿命的影响,通过大量的计算结果我们发现,在一维单势垒,双势垒和多势垒结构中,隧穿寿命随着势垒厚度的增加而增加,随着势阱宽度的增加,隧穿寿命也是相应增加的,并且势垒个数越多,隧穿寿命越大,结果还显示了势垒高度对隧穿寿命的影响,隧穿寿命随着势垒高度的增大而增大,这有助于我们加深对快速响应器件的隧穿过程的理解。我们还研究了分割效应对隧穿时间的影响,也就是在势垒厚度总和一定的情况下,势垒的个数对隧穿寿命的影响,同时研究了分割的宽度对隧穿寿命的影响,大量详细的计算数据表明将势垒分割为的个数越多,隧穿寿命越短,间隔的距离越大,隧穿寿命也是越短,同时计算结果表明共振隧穿器件的运行速度的时间限制可以通过准确的控制势垒厚度来实现,实现器件性能的提高,这对高性能快速响应量子器件的制造具有重要的理论指导意义。
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