中文摘要：

本课题将从半导体器纳米结构中载流子空间分布的角度，探讨量子效应对于载流子输运特性的影响，探索提高半导体器件性能的新途径。将利用从量子力学基本原理出发的多种理论分析手段结合有效的物理模型的计算模拟，深入探讨几何修饰、化学修饰、尺寸效应、边界效应等对载流子空间分布和输运性质的影响。具体地，将利用第一原理方法计算以硅薄膜为基础的半导体纳米材料，模拟纳米结构和材料表面重构和弛豫，总结相应的特征与纳米尺度之间的内禀关系；综合系统的电子结构、电荷分布、波函数特性，明确表征半导体纳米器件中载流子空间分布的合适的物理量;通过构造典型系统，分别研究几何修饰、化学修饰、尺寸效应、边界效应等对于载流子空间分布的影响，并分析其作用机理；在此基础上，设计半导体纳米结构，实现载流子空间分布的限制及调制掺杂，结合第一性原理的电子输运计算研究这些纳米结构在外场下的电子输运特征，计算电导性能和I-V特征曲线。

结论摘要：

本课题从半导体器纳米结构中载流子空间分布的角度，探讨了量子效应对于载流子输运特性的影响，探索了提高半导体器件性能的新途径。利用从量子力学基本原理出发的多种理论分析手段结合有效的物理模型的计算模拟，深入探讨几何修饰、化学修饰、尺寸效应、边界效应等对载流子空间分布和输运性质的影响。具体地，利用第一原理方法计算了若干硅基半导体纳米材料，得到了一维硅应变超晶格的电子相图；展示了铋(111)薄膜的非平庸拓扑特性和碲(111)薄膜的拓扑和电子相变；系统研究了插层过渡金属对于SiC(0001)衬底上生长的石墨片体系电子性质的影响；提出通过对硅薄膜表面进行纳米级刻蚀修饰，实现载流子空间分布的限制及调制掺杂，来大幅度降低杂质散射的强度。