硅鍺異質結構中等離子-聲子耦合模式

摘 要:利用自洽場理論考慮半導體硅鍺量子阱系統中電子—電子和電子—聲子相互作用，得到由這些交互作用引起的介電函數。從而得到硅鍺異質結中的等離子與聲子的耦合模式。

關鍵詞:硅鍺量子阱 電子—聲子交互作用 等離子-聲子的耦合模式

中圖分類號:TQ1 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)03(c)-0015-02

the plasma-phonon coupling mode in Si/Ge heterostructure

Chen shuimeiLai guozhongShang shupingFeng weice

(School of Department of Physics， Longyan University， Longyan 364000)

Abstract:Applying the self-consistent field theory and considering electron-electron and electron - phonon interaction in a Si/Ge QWS，the plasma-phonon coupling mode in the one-dimensional infinitely deep quantum well formed by Si/Ge heterostructure was studied from the real part of dielectric function.

Key words:Si/Ge quantum well system，electron-phonon interaction，plasma-phonon coupled mode

1 引言

半導體材料中的晶格振動(或聲子)能提供1011～1014Hz的高頻超聲源。這些高頻超聲能廣泛的應用于超聲電子和超聲光電器件與裝置[1-4]。納米半導體系統中的聲子波將在異質結界面反射和折射，在一定條件下會在一種材料中形成駐波，從而形成其中聲子振動模式的量子化。目前人們對納米半導體系統中的聲子模式及其聲子與載流子的交互作用了解較少，這限制了將納米半導體系統作為高頻超聲電子和超聲光電器件的應用。

本文利用自洽場理論考慮系統中電子—電子和電子—聲子相互作用，得到由這些交互作用引起的介電函數。從而得到硅鍺異質結構成的一維無限深量子阱里等離子與聲子的耦合模式。通過此理論研究可以進一步了解納米半導體系統中聲子量子化的特征及相關聲子激發的模式，為將半導體量子阱系統應用于高頻超聲電子和光電器件作一定的理論鋪墊。

2 理論模型

考慮一個二維空穴電子氣系統，其波函數為

由，我們可以得到等離子—聲子耦合激發的頻率。

3 結果

利用自洽場理論，考慮硅鍺異質結系統中電子—電子和電子—聲子相互作用，得到了由這些交互作用引起的介電函數。推導出SiGe量子阱系統中的介電常數的矩陣元。當介電函數實部為零時，可得到等離子—聲子耦合激發的頻率，從而為半導體量子阱系統應用于高頻超聲電子和光電器件作一定的理論鋪墊。

參考文獻

[1]W. Xu， I. Khmyrova and V. Ryzhii， Terahertz-photon-modified magnetotransport in a semiconductor in Voigt geometry [J]， Phys Rev B，2001，64，085209-1-085209-7.

[2]M. Ishimaru， M. Yamaguchi， Y. Hirotsu， Molecular dynamics study of structural and dynamical properties of amorphous Si-Ge alloys， Phys Rev B，2003，68.

[3]P. S. Wijewarnasuriya， M. Zandian，D. D.Edwall， et al. MBE P-on-N Hg1-xCdxTe Heterostructure Detectors on Silicon Substrates [J]，Electron Mater，1998，27.

[4]翁壽松，納米器件的發展動態[J]，微納電子技術，2005，42，1671-4776(2005)08-0345-05.

[5]Tsuneya Ando and Frank Stern， Electron properties of two-dimensional systems [J].Reviews of modern physics，1982，54， 437-672.

[6]X. Li， W. Xu， F. Y. Yang and F. Lu， Admittance spectroscopy of Si/SiGe/Si quantum well systems:Experiment and theory [J]， Physical Review B， 2006，73，125341-1-125341-8.

[7]G. Grosso， G. Pastori Parravicini， C. Piermarocchi， Energy levels of Ge quantum wells embedded in Si: A tight-binding approach[J]，Physical Review B，61，2000，15585-15587.

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