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新型半导体量子结构材料与器件相关基础问题

日期 2002-05-31   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

  二十一世纪人类将迈进高度信息化的社会,信息的传输、处理和存储将要求空前的规模和速度,如何实现上述信息技术的飞跃,已成为本世纪初所面临的重大科学问题之一。随着科学技术的进步,半导体器件的尺寸越来越小,半导体材料也正经历着从三维体材料向二维超晶格、量子阱,一维量子线和零维量子点材料体系的深刻变革,伴随着系统由均匀到非均匀、由线性到非线性和由平衡态到非平衡态的发展。低维半导体量子结构材料是一种人工设计、制造的新型半导体材料,代表着目前半导体科学技术发展的主流方向,在未来的纳电子学、光电子学、光子学和新一代VLSI 以及光电集成、光集成等方面有极其重要的应用背景,可能引发新的技术革命。世界各发达国家都给予高度重视,目前,低维量子结构已成为整个半导体科学技术及相关学科范围中最活跃、投入最多、成果最丰、进展最快的领域之一。本项研究涉及多学科交叉发展,特别是材料、物理和信息科学的协同发展。

科学目标:

  1. 在原子、分子或纳米尺度水平上,实现对无缺陷半导体量子点(线)的尺寸、形状、密度和分布有序性的可控生长,研制出具有自主知识产权和可控波长的大功率量子点发光器件;建立声子泵理论模型和优化材料制备技术,实现硅、锗量子点声子辅助高效发光;探索新型复合半导体量子结构的特性。
  2. 突破以GaN、ZnO和GaAs等材料为基体,Mn、Fe、Gd等为磁性元素的稀磁半导体材料的制备技术,特别是磁性杂质的掺入和激活技术;研制出可在室温工作的稀磁半导体材料和偏振可控的自旋极化半导体发光器件;探索具有铁磁交换作用的量子点结构单元在量子器件方面的应用。
  3. 发展极化诱导能带工程理论,研制出新型量子器件;掌握激子基小量子系统的行为规律,研制出量子受限激子器件。
  4. 器件指标(或部分指标)达到或优于国外同期水平。

研究内容:

  1. 半导体量子点(线)结构参数与量子能态、电子输运和光学跃迁的内在规律;硅、锗量子点结构中声子态及电子、光子和声子相互作用机制;应变自组装量子点(线)生长动力学和无缺陷量子点(线)可控生长;半导体量子环、复合量子点和量子点超晶格等新结构材料探索;量子点发光器件的研制。
  2. 半导体材料中超交换作用的物理机制;GaN、ZnO和GaAs等为基体材料的稀磁半导体材料的制备方法;采用微细加工技术,制备基于铁磁交换作用物理效应的量子结构单元;基于自旋极化的光电子器件探索。
  3. 宽带隙应变量子体系压电极化诱导能带工程理论与相关量子器件;激子基小量子系统的行为及其量子受限激子器件。

研究期限:4年

拟资助经费:800万元

  本领域由信息科学部、数理科学部、工程与材料科学部联合提出,由信息科学部受理申请。

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