锑化物自组织量子点的MOCVD制备研究及热光伏器件结构模拟

【摘要】：锑化物材料及其构成的量子点等低维结构由于其独特性质而被广泛关注，主要应用于红外探测器，红外激光器及热光伏器件等方面。利用金属有机气相化学沉积（MOCVD）技术在GaAs衬底上制备GaSb和InSb二元化合物半导体的量子点结构，并通过研究生长参数对量子点形貌的影响，制备出低尺寸，高密度且分布均匀的锑化物量子点。对于GaSb/GaAs量子点结构，通过系统的研究各生长参数对量子点表面形貌的影响，并利用热力学及生长动力学等理论对其进行了解释。优化后的GaSb量子点密度可达1010cm2量级，高度约为4nm。由于InSb/GaAs晶格失配较大，研究了生长时间对量子点生长模式的影响，并优化了生长温度，反应室压强及气相V/III等生长参数，最后解释了不同InSb量子点形状的成因。 首次使用Silvaco/Atlas软件设计、模拟并优化了GaSb/GaInAsSb单结及双结（叠层）热光伏电池，给出了各子电池器件参数对单结及叠层电池特性的影响，得到了优化后的器件结构。分析了工作温度及辐射温度等温度参数对单结及叠层电池输出特性的影响。 【关键词】：锑化物量子点 金属有机化学气相沉积 热光伏电池 计算机模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN304.055;O471.1
【目录】：

• 内容提要4-5
• 中文摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-35
• 1.1 锑化物半导体13-17
• 1.1.1 锑化物材料基本性质13-14
• 1.1.2 锑化物材料应用14-15
• 1.1.3 几种重要的锑化物材料特性15-17
• 1.2 锑化物量子点17-25
• 1.2.1 半导体量子点性质18-19
• 1.2.2 锑化物量子点制备技术19-22
• 1.2.3 锑化物量子点应用22-24
• 1.2.4 锑化物量子点研究进展24-25
• 1.3 锑化物热光伏电池25-32
• 1.3.1 热光伏电池简介25-28
• 1.3.2 热光伏电池应用28-30
• 1.3.3 锑化物热光伏电池研究进展30-32
• 1.4 选题意义及论文内容32-35
• 第二章 锑化物材料外延和器件仿真技术35-51
• 2.1 锑化物量子点生长方法及表征35-43
• 2.1.1 金属有机化学气相沉积技术原理35-36
• 2.1.2 金属有机化学气相沉积技术特点36-37
• 2.1.3 金属有机化学气相沉积技术系统组成37-42
• 2.1.4 量子点表征手段42-43
• 2.2 热光伏器件仿真软件及使用方法43-51
• 2.2.1 仿真软件 Silvaco TCAD44-47
• 2.2.2 仿真方法47-51
• 第三章 MOCVD 技术制备 GaSb/GaAs 量子点及其形貌特性研究51-73
• 3.1 生长温度对量子点形貌影响53-59
• 3.2 反应室压强对量子点形貌影响59-61
• 3.3 气相 V/III 比对量子点形貌影响61-65
• 3.4 快速生长阶段对量子点形貌影响65-68
• 3.5 中断生长阶段对量子点形貌影响68-70
• 3.6 交替生长阶段对量子点形貌影响70-71
• 3.7 本章小结71-73
• 第四章 MOCVD 技术制备 InSb/GaAs 量子点及其形貌特性研究73-105
• 4.1 生长温度对 InSb 量子点的影响75-78
• 4.2 反应室压强对 InSb 量子点的影响78-81
• 4.3 气相 V/III 比对 InSb 量子点的影响81-86
• 4.4 生长时间对 InSb 量子点的影响86-94
• 4.5 其他生长条件对 InSb 量子点形貌的影响94-99
• 4.5.1 源通入量对于量子点形貌的影响94-96
• 4.5.2 衬底处理对于量子点形貌的影响96-99
• 4.6 InSb 量子点特殊形貌分析99-103
• 4.7 本章小结103-105
• 第五章 锑化物热光伏电池的模拟105-139
• 5.1 模拟思路及方法105-107
• 5.2 器件结构及材料参数107-114
• 5.2.1 热光伏电池单结及双结器件结构107-108
• 5.2.2 热光伏电池材料参数108-114
• 5.3 GaSb/GaInAsSb 单结热光伏电池特性模拟114-129
• 5.3.1 P-N 和 N-P 结构的选择114-116
• 5.3.2 GaSb/GaInAsSb 单结热光伏电池各层厚度对于输出特性的影响116-122
• 5.3.3 GaSb/GaInAsSb 单结热光伏电池各层掺杂浓度对于输出特性的影响122-127
• 5.3.4 GaSb/GaInAsSb 单结热光伏电池温度效应对于输出特性的影响127-129
• 5.4 GaSb/GaInAsSb 双结热光伏电池特性模拟129-135
• 5.4.1 有源区厚度对 GaSb/GaInAsSb 叠层电池输出特性的影响129-132
• 5.4.2 有源区掺杂浓度对 GaSb/GaInAsSb 叠层电池输出特性的影响132-135
• 5.5 GaSb/GaInAsSb 双结叠层热光伏电池优化135-136
• 5.6 本章小结136-139
• 第六章 结论及创新点139-143
• 参考文献143-159
• 攻读博士学位期间发表的论文159-161
• 致谢161

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