بخشی از مقاله
چکیده: در این پژوهش، شبیه سازی عددی ترابری الکترونها در نقاط کوانتومی کروی چند لایه InGaAs/AlGaAs مبتنی بر حل زمان حقیقی معادله شرودینگر در تقریب جرم موثر با استفاده از روش دیفرانسیلی محدود ارائه شده است. پتانسیلهای هارتری و همبستگی- تبادلی، در محاسبه خود سازگاری حاملهای بار مورد استفاده قرار گرفته اند. چگالی الکترونی، چگالی جریان و انرژی پتانسیل در نقاط کوانتومی چند لایه محاسبه شدهاند. دو ساختار مهم در مخزن مشاهده شد، یکی فرورفتگی مصنوعی نوار نزدیک مرز و دیگری فرورفتگی واقعی نوار نزدیک سدهای داخل ساختار که ناشی از اثر توزیع مجدد حاملها در فصل مشترک اتصال میباشد.
-1 مقدمه
نقاط کوانتومی نانو ساختارهای صفر بعدی میباشند که حاملهای بار در درون آنها محدودیت سه بعدی دارند. تفاوت میان نقاط کوانتومی و سایر سامانههای کوانتومی - سیمها و چاههای کوانتومی - در این میباشد که سطوح انرژی در نقاط کوانتومی در ترازهای گسستهای از یکدیگر قرار گرفتهاند. این نانو سازهها امروزه به علت کاربرد گستردهشان در زمینههای لیزر، آشکارسازهای نوری مادون قرمز، محاسبات کوانتومی، ترازیستورها، مخابرات نوری و ... مورد توجه قرار گرفتهاند. از اینرو برخی از محققین بر روی ساختارهای الکتریکی آنها و برخی دیگر خواص فیزیکی نقاط کوانتومی را مورد بررسی قرار دادهاند .[1]
میزان قابل توجهی از کارهای انجام گرفته بر روی خواص الکترونی و نوری نقاط کوانتومی کروی شکل در مراجع [4-2] آمده است. یک مرور جامع و کلی درباره ساختارهای الکترونیکی نقاط کوانتومی توسط ریمان و مانین گزارش شده است .[5] در این مقاله ما با حل معادلات جفت شده پواسون و شرودینگر وابسته به زمان و با در نظر گرفتن پتانسیلهای هارتری و همبستگی-تبادلی و نفوذ تابع موج در ناحیه سدها، خواص خود سازگاری سامانه را محاسبه کردهایم.
-2 تئوری
جهت محاسبه خواص حاملها در سامانه کوانتومی به صورت عددی، وضعیت تابع موج در هر نقطه از شبکه باید معلوم باشد، لازمه این کار حل معادله حرکت با تابع موج اولیه داده شده در هر نقطه از شبکه است. در آغاز باید تعدادی توابع موج لازم جهت پر کردن تراز فرمی، در یک ناحیه محبوس - کره - به شعاع 100 نانو متر، بدون در نظر گرفتن هیچ سدی تولید شود. این کار با حل معادله شرودینگر مستقل از زمان یا استاتیک از رابطه - 1 - ، بدون هیچ پتانسیلی، مثل معادله حرکت آزاد می تواند انجام شود. جواب، تعدادی امواج ایستاده مطابق با تعداد حالت های مورد نیاز جهت پر کردن تراز فرمی خواهد بود.
-1-2 تحلیل حاصل از شبیه سازی
خصوصیات دینامیکی سامانه با استفاده از نمایه پتانسیل، چگالی الکترونی و چگالی جریان در تحول زمان واقعی تحت پتانسیل بایاس بررسی شدهاند. پارامترهای مادی استفاده شده òInGaAs 13.05 ، mInGaAs 0.064me و N D میباشند. طبق محاسبات انجام شده، در شکل - - 2 نمای دو بعدی تغییرات پتانسیل در سه زمان مختلف 672،336،t=0.48 فمتو ثانیه و در شکل - 3 - نمای سه بعدی تحول زمانی تغییرات پتانسیل بین 0.48 تا 672 فمتو ثانیه نشان داده شدهاند.
این شکلها دو ساختار مهم را نشان میدهند. یکی از آنها فرورفتگی مصنوعی نوار، نزدیک مرز و دیگری فرورفتگی حقیقی نوار، نزدیک سدهاست که ناشی از اثر توزیع مجدد حاملها در فصل مشترک اتصال است. علت این امر ناشی از بر همکنش خواص مواد نامتقارن در ناحیه اتصال است. شکل - 4 - نمای دو بعدی توزیع چگالی الکترونی در سه زمان مختلف 672،384،t=0.48 فمتو ثانیه و شکل - 5 - نمای سه بعدی تحول زمانی تغییرات چگالی الکترونی را بین 0.48 تا 672 فمتو ثانیه نشان میدهد.
