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源于信息技术革命的需要,低维半导体结构得到了科学家们广泛的关注和研究。集成电路的尺寸越来越小,将出现新的量子效应器件。由半导体低维量子结构组成的电子和光电子器件无疑是下一代半导体微电子和光电子器件的核心。对半导体微结构的物理特性研究是其应用的基础,其中最重要的手段和方法就是揭示其光学与输运特性。本论文用有效质量近似理论和转移矩阵方法研究了几种微纳结构中电子的输运性质,这些结构包括:量子阱结构,量子点结构以及量子环结构。在研究过程中,考虑了自旋轨道耦合效应、时间周期势以及结构参数变化等对电子输运性质的影响。
第一章对半导体微结构的研究进展以及电子输运的研究情况进行了介绍。在第二章中,我们介绍了研究电子隧穿几率和隧穿时间的一些理论方法,其中重点介绍了本文所应用的转移矩阵方法。我们在第三章中研究电子在双量子阱中的自旋输运现象,除了考虑自旋轨道耦合相互作用对双量子阱中电子输运性质的影响,还考虑了阱间耦合强度以及外加偏压和周期性势场对双量子阱中电子输运的影响。考虑自旋轨道耦合效应,电子在双量子阱结构中发生自旋极化输运。不同自旋方向的电子在隧穿几率和隧穿时间等诸多方面存在明显的不同,利用自旋轨道耦合效应对电子隧穿的影响,可以实现对不同自旋电了的控制。由于时间周期势的存在,电子的隧穿性质,不论透射峰位置和峰值大小,还是隧穿的自旋极化率都与没有时间周期势时相比有了很大变化。在第四章中,我们研究了电子在单量子点结构和双量子点结构中的透射几率、几率密度随时间的演变关系以及隧穿时间。第五章给出了电子在量子环结构中的输运特性,包括单量子环和双量子环中电子的隧穿几率、几率密度以及隧穿动力学方面的研究。最后,第六章给出了本论文的总结。