[发明专利]量子阱红外探测器材料结构的模拟设计方法

权利要求书

1.一种量子阱红外探测器材料结构的模拟设计方法，其特征在于：所述方法是这样实现的：

步骤一、建立物理模型：选择量子阱的结构参数，即势阱厚度L_w的范围是2nm～6nm；势垒厚度L_B的范围是20nm～60nm；势垒中铝的组分x_Al的范围是0.1～0.6；Si掺杂浓度N_D的范围是1×10¹⁷cm^-3～4×10¹⁸cm^-3；总周期数N的范围是5～100及工作温度T的范围是0K～350K，建立沿着材料生长方向的导带能级Ec的函数：

其中n＝1，2，…，N；

步骤二、求解特征能级E_i和波函数Ψ_i，其中i为子带能级的序数：将导带能级Ec带入到势函数V中，即：

V＝E_c-eΦ        (2)

其中：e为核电荷数；Φ为静电势能，初始值设为0；然后将V带入到薛定谔方程中，即：

其中m^*为有效质量、 为普朗克常数、z为材料生长方向；

步骤三、求解总电子密度n_q(Φ)：为了计算得到总电子密度n_q(Φ)，需要计算每个能级上的电子密度并求和，将步骤二中得到的特征能级E_i和波函数Ψ_i带入下式： 

其中：k_B为波尔兹曼常数；T为工作温度；π为圆周率；E_f为费米能级，E_f通过电流连续方程得出；

步骤四、求解新的静电势能Φ’：将经步骤三计算得到的总电子密度n_q(Φ)带入到泊松方程中，即：

得到新的静电势能Φ’，其中ε为介电常数；

步骤五、静电势能判断：如果‖Φ′-Φ‖＝0成立，说明静电势能保持稳定，继续下一步骤六；如果‖Φ′-Φ‖＝0不成立，则跳到步骤七；

步骤六、输出结果：最后得到设计结构的总电子密度n_q(Φ)、特征能级E_i和波函数Ψ_i；

步骤七、预制微扰自洽迭代：具体过程如下：

7.1预制微扰计算新的总电子密度n^k_q，k代表微扰：

7.2求解泊松方程：

得到新的微扰静电势能Φ^k；

7.3微扰静电势能判断：

如果qΔΦ＝q(Φ^k-Φ)＝0成立，回调到步骤二，同时Φ^k替换成Φ；如果qΔΦ＝q(Φ^k-Φ)＝0不成立跳回到步骤7.1，同时Φ被替换成Φ’，Φ’被替换成Φ^k。 

2.根据权利要求1所述量子阱红外探测器材料结构的模拟设计方法，其特征在于：步骤一中，选择量子阱的结构参数分别为：势阱厚度L_w＝5nm；势垒厚度L_B＝50nm；势垒中铝的组分x_Al＝0.26；Si掺杂浓度N_D＝1×10¹⁸cm^-3；总周期数N为50及工作温度T＝300K。

3.根据权利要求1所述量子阱红外探测器材料结构的模拟设计方法，其特征在于：步骤一中，选择量子阱的结构参数分别为：势阱厚度L_w＝4nm；势垒厚度L_B＝50nm；势垒中铝的组分x_Al＝0.30；Si掺杂浓度N_D的范围是1×10¹⁷cm^-3～4×10¹⁸cm^-3；总周期数N为50及工作温度T＝300K。