隨著先進的集成電路工藝節(jié)點不斷向納米級推進，對半導體納米器件的研究就顯得越發(fā)重要。本書詳細介紹了半導體納米器件的物理學原理、結構、制造工藝及應用等內容。開篇介紹了這一研究領域在過去幾十年的發(fā)展；前半部分重點介紹電子納米器件，包括準一維電子氣、強電子相關的測量、量子點的熱電特性、單電子源、量子電流標準、電子量子光學、噪聲測量、拓撲絕緣體納米帶、硅量子比特器件等；后半部分介紹光電子納米器件，包括半導體量子點單光子源的電學控制、量子點太陽能電池、量子點激光器、納米線激光器，以及氮化物單光子源等內容。
本書可供半導體器件、材料、物理相關科研人員和工程技術人員閱讀參考，也可作為高校相關專業(yè)的拓展學習資料。
David A. Ritchie：劍橋大學卡文迪什實驗室的實驗物理學教授、半導體物理學組的負責人，劍橋大學羅賓遜學院的研究員和物理學研究主任，斯旺西大學半導體科學與技術專業(yè)教授。他的研究重點是半導體物理學，在低維電子和光學結構的生長、制造和測量方面有豐富的經驗。
第1章介紹、背景和內容1
第2章準一維電子氣4
2.1介紹4
2.2實驗5
2.3一維器件的量子傳輸性質5
2.3.1冷卻5
2.3.2橫向電子聚焦6
2.3.3通過橫向電子聚焦的自旋排斥7
2.3.4多體效應和基態(tài)維格納晶體8
2.3.5跨雙行的源極-漏極偏壓9
2.3.6面內磁場對雙行的影響10
2.3.7無磁場分數(shù)態(tài)11
2.3.8載流子密度變化的影響12
2.3.9面內磁場的影響13
2.3.10具有分數(shù)態(tài)的非線性傳輸13
參考文獻15
第3章半導體納米器件作為強電子相關的測量18
3.1費米液體理論的失效18
3.1.1朝永-盧廷格液體模型19
3.1.2自旋朝永-盧廷格液體21
3.1.3譜函數(shù)和冪律行為22
3.2朝永-盧廷格液體行為的早期研究23
3.2.1光電子能譜24
3.2.2輸運測量25
3.2.3磁隧穿譜26
3.3超越線性朝永-盧廷格液體近似31
3.3.1非線性朝永-盧廷格液體的移動雜質模型32
3.3.2遠離費米點的模式層次33
3.4非線性效應研究進展34
3.4.1一維“復制品”模式34
3.4.2動量相關的冪律34
3.4.3高能量下自旋子和空穴子的壽命37
3.4.4非線性碳納米管37
3.5一維相互作用效應其他進展38
3.5.1庫侖阻力38
3.5.2螺旋電流38
3.5.3冷原子39
3.6小結39
參考文獻39
第4章量子點熱電特性42
4.1熱電的Landauer-Büttiker唯象理論42
4.2量子點模型43
4.3量子極限45
4.4庫侖振蕩和熱電勢45
4.5簡并的影響48
4.6功率因子和品質因數(shù)49
4.7對維德曼-弗蘭茲定律的違背51
4.8非線性區(qū)域52
4.9輸出功率和效率54
4.10應用56
4.11小結59
參考文獻59
第5章單電子源64
5.1單電子源的類型64
5.1.1旋轉柵量子點單電子轉移64
5.1.2多結單電子泵66
5.1.3超導體-普通金屬混合旋轉柵67
5.1.4表面聲波單電子轉移68
5.1.5可調諧勢壘量子點泵71
5.1.6介觀電容器72
5.1.7懸浮子73
5.2量子電流標準75
5.2.1SI安培的實現(xiàn)76
5.2.2量子計量三角76
5.2.3多結泵電容器充電實驗77
5.2.4可調諧勢壘泵的電流量化精度78
5.3電子量子光學80
5.3.1漢伯里·布朗和特維斯幾何結構中的分區(qū)噪聲測量81
5.3.2Hong-Ou-Mandel效應的不可區(qū)分性測試82
5.3.3量子層析成像83
5.3.4波包傳輸中的退相干和弛豫85
5.4小結87
參考文獻87
第6章半導體納米器件的噪聲測量91
6.1介紹91
6.2量子散粒噪聲的物理學92
6.2.1量子散粒噪聲的二項式統(tǒng)計92
6.2.2散粒噪聲的量子散射方法96
6.3噪聲測量技術101
6.3.1低頻散粒噪聲測量技術101
6.3.2高頻散粒噪聲測量技術105
6.4半導體納米器件中的散粒噪聲106
6.4.1散粒噪聲的量子抑制106
6.4.2散粒噪聲中的高頻效應116
6.4.3分數(shù)量子霍爾效應：分數(shù)電荷的散粒噪聲測量121
6.4.4使用散粒噪聲測量研究雙粒子相關性和干涉130
6.4.5用于電子量子光學的散粒噪聲測量134
6.5結論143
參考文獻144
第7章拓撲絕緣體納米帶中的電學輸運和超導輸運150
7.1介紹150
7.2TI中的電學輸運概述151
7.2.1電導率的溫度依賴性151
7.2.2垂直磁場中的3D TI152
7.3TI納米帶中的電學輸運153
7.4TI納米帶中的超導輸運158
7.4.1TI納米帶中臨界電流的溫度依賴性160
7.4.2TI納米帶約瑟夫森結中的Aharonov-Bohm效應161
7.5總結與展望162
參考文獻163
第8章硅量子比特器件166
8.1介紹166
8.1.1摩爾定律166
8.1.2量子計算166
8.1.3量子計算平臺167
8.1.4關于本章168
8.2加工制造168
8.2.1硅主體材料168
8.2.2硅-金屬氧化物半導體（Si-MOS）169
8.2.3Si/SiGe170
8.2.4SOI171
8.3硅自旋量子比特173
8.3.1單自旋量子比特173
8.3.2單重態(tài)-三重態(tài)量子比特177
8.3.3自旋讀出177
8.4未來發(fā)展180
參考文獻180
第9章半導體量子點單光子源的電學控制185
9.1介紹與動機185
9.2單量子點光子源的二極管設計185
9.2.1用于量子點電場控制的異質結構185
9.2.2提高單量子點光子收集效率的異質結構188
9.3量子點內部能級控制189
9.3.1中性躍遷的電場控制189
9.3.2帶電躍遷的電場控制192
9.4量子點控制的混合方法193
9.4.1可調諧電致發(fā)光量子點光源193
9.4.2采用可調光源結合相干光控制194
9.4.3應變和電場可調量子點195
9.5未來發(fā)展195
參考文獻196
第10章半導體量子點太陽能電池200
10.1介紹200
10.2QD-IBSC中量子效率的漂移-擴散分析201
10.2.1介紹201
10.2.2仿真方法202
10.2.3結果與討論204
10.3使用場阻尼層提高QDSC中的載流子收集效率206
10.3.1使用場阻尼層的QDSC能帶結構工程206
10.3.2寬禁帶材料蓋帽對使用FDL的QDSC的影響211
10.4QDSC中TSPA過程的FTIR光譜213
10.4.1兩步光吸收光譜213
10.4.2In（Ga）As QDSC的FTIR光電流光譜213
10.4.3In（Ga）As QDSC的二維光電流激發(fā)光譜215
10.5結論217
參考文獻218
第11章硅上單片Ⅲ-Ⅴ族量子點激光器220
11.1介紹220
11.2硅上量子點激光器的優(yōu)勢221
11.2.1半導體量子點221
11.2.2硅基激光器中量子點優(yōu)于量子阱的優(yōu)勢221
11.3硅上Ⅲ-Ⅴ族材料的異質外延生長223
11.3.1異質外延生長的挑戰(zhàn)223
11.3.2高質量Ⅲ-Ⅴ/Si外延的解決方案224
11.4硅上Ⅲ-Ⅴ族量子點激光器的現(xiàn)狀227
11.4.1硅上法布里-珀羅邊發(fā)射激光器227
11.4.2硅上的單模量子點邊發(fā)射激光器230
11.4.3硅上的量子點鎖模激光器233
11.4.4硅上的量子點微腔激光器233
11.4.5硅上的量子點光子晶體激光器236
11.5硅上量子點激光器的未來發(fā)展方向237
11.6結論237
參考文獻238
第12章半導體納米線激光器的物理和應用245
12.1介紹245
12.2激光器246
12.2.1激光基礎247
12.2.2納米級激光器腔體設計251
12.2.3激光閾值251
12.3作為激光器元件的納米線255
12.3.1納米線生長255
12.3.2納米線激光器用材料體系256
12.4納米線激光器技術的當前課題259
12.4.1量子限制259
12.4.2光耦合261
12.4.3等離激元261
12.5現(xiàn)狀和前景262
參考文獻262
第13章氮化物單光子源275
13.1介紹275
13.1.1單光子源的概念275
13.1.2單光子源的關鍵測量276
13.1.3“理想”單光子源的基本特性277
13.2量子點制備基本原理277
13.2.1平面上的自組裝278
13.2.2納米棒的自組裝282
13.2.3量子點形成的光刻方法283
13.3用于單光子發(fā)射的量子點基本性質284
13.3.1三維限制的物理學284
13.3.2Ⅲ族氮化物量子點的特殊性質和針對單光子發(fā)射的思考286
13.4氮化物量子點單光子源的優(yōu)缺點287
13.5基于氮化物中缺陷的單光子源289
13.6展望290
參考文獻291
附錄中英文術語對照295
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