氮化镓高压光电导材料输运特性的研究
发布时间：2021-07-03 23:33
氮化镓（GaN）材料的研究与应用是目前半导体研究的前沿和热点。第三代宽禁带半导体材料氮化镓具有高电子漂移速度、临界击穿场强大、高热导率、介电常数小和良好的化学稳定性等突出优点,满足高电压、高功率、高频率、高温度、高线性和高效率半导体器件的工作要求,在光电子器件和发光器件的制备与研制方面具有广泛的应用前景和研究价值。半导体中载流子输运特性的重要参数是控制微电子器件质量、性能和可靠性的关键参数,因此研究氮化镓材料中载流子的输运性质、解析材料的物理散射机制,对于改善氮化镓基半导体器件具有非常重要的意义。本文采用多粒子蒙特卡罗模拟了300K温度下氮化镓高压光电导材料中光生载流子的输运特性。计算中假定材料的电离杂质浓度为1×1016cm-3,高斯光脉冲的波长为532nm,其对应的光子能量为2.33eV,满足双光子吸收的基本条件。能带结构采用包括主能谷Γ1和两个卫星能谷（Γ2、L-M）的三能谷模型,考虑了六种在半导体输运特性中起重要作用的散射机制:按弹性散射处理的电离杂质散射、声学波压电散射和声学波形变势散射;按非弹性散射处理的极性光学波散射、光学波形变势散射和谷间散射。通过对物理模型及与能带结构...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤锌矿GaN的速度-场特性
图 1-2 纤锌矿 GaN、InN、AlN 和闪锌矿 GaAs 的速度-场特性[33]Fig.1-2 The velocity-field characteristics of wurtzite GaN, InN, AlN and zinc blende GaA 160kV/cm 时出现负微分电导。在 1018cm-3杂质浓度下，当电场高于 140负微分电导。考虑的散射机制有电离杂质散射、极性光学波声子散射、声学射和谷间散射。模拟包括Г能谷、Γ1能谷和 L 能谷，相应的有效质量依次为 0.4m0。Leary 等通过系统研究氮化镓、氮化铟和氮化铝的稳态和瞬态电子输运，发材料会出现明显的载流子速度过冲现象和负微分迁移率效应，通常过冲速度度[36]。14 年，西安电子科技大学王树龙使用蒙特卡罗方法系统研究了Ⅲ-Ⅴ氮化物输运特性[37]，电离杂质浓度为 107cm-3。主要研究了纤锌矿氮化铟的瞬态输锌矿氮化镓中的速度上冲和下冲现象进行了仿真。通过研究纤锌矿氮化镓铝的能量和动量弛豫过程，获得了能量和动量弛豫时间与电子温度和掺杂浓时，通过研究纤锌矿氮化镓和氮化铟的扩散系数，获得了扩散系数与电场
图 1-3 纤锌矿 GaN 的速度-时间特性[38]Fig.1-3 Velocity-time characteristics of wurtzite gallium nitride模拟的结果，尤其是在低场下。料在高场和低场下的输运特性是非常不同的，使用蒙特卡罗方要考虑稳态输运。瞬态输运主要研究半导体器件中载流子速度因为瞬态速度远远大于稳态速度，当器件尺寸比较小时瞬态输导地位。稳态输运研究的主要目的是建立半导体的迁移率模模型，这是因为在目前的器件仿真软件中采用的漂移扩散模型mandde 等使用蒙特卡罗方法模拟了氮化物材料的迁移率特泛应用于主流器件仿真软件中[40]。随着半导体生长技术的不的研究也在不断发展，其中对输运特性的研究也得到不断的体材料及其器件输运特性的研究受到了广泛的关注并将继续据及研究内容
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr掺杂纤锌矿GaN的磁性和光学性质[J]. 黄保瑞,张富春,王海洋. 电子元件与材料. 2016(10)
[2]GaN电子结构与光学性质的第一原理研究[J]. 黄保瑞,张富春,崔红卫. 河南科学. 2016(01)
[3]稀土元素（Ce,Pr）掺杂GaN的电子结构和光学性质的理论研究[J]. 李倩倩,郝秋艳,李英,刘国栋. 物理学报. 2013(01)
[4]利用有限差分和MATLAB矩阵运算直接求解二维泊松方程[J]. 王忆锋,唐利斌. 红外技术. 2010(04)
[5]用全带Monte Carlo方法模拟纤锌矿相GaN和ZnO材料的电子输运特性[J]. 郭宝增. 物理学报. 2002(10)
[6]用三带和全带模型蒙特卡罗方法模拟纤锌矿相GaN体材料输运特性结果的比较（英文）[J]. 郭宝增,王永青. 半导体学报. 2002(02)
博士论文
[1]氮化镓晶体的光学非线性及光生载流子动力学研究[D]. 方宇.苏州大学 2016
[2]基于蒙特卡洛方法的Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体输运特性研究[D]. 王树龙.西安电子科技大学 2014
硕士论文
[1]纤锌矿GaN和AlGaN体材料输运特性的解析模型及其应用研究[D]. 姚庆阳.西安电子科技大学 2011
[2]GaN掺杂系统电子结构和光学性质的理论研究[D]. 李振勇.曲阜师范大学 2010
[3]半导体中载流子迁移的蒙特卡洛模拟[D]. 崔尚科.北京交通大学 2006
[4]纤锌矿GaN载流子输运的蒙特卡罗模拟[D]. 张培增.兰州大学 2006
本文编号：3263570
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤锌矿GaN的速度-场特性
图 1-2 纤锌矿 GaN、InN、AlN 和闪锌矿 GaAs 的速度-场特性[33]Fig.1-2 The velocity-field characteristics of wurtzite GaN, InN, AlN and zinc blende GaA 160kV/cm 时出现负微分电导。在 1018cm-3杂质浓度下，当电场高于 140负微分电导。考虑的散射机制有电离杂质散射、极性光学波声子散射、声学射和谷间散射。模拟包括Г能谷、Γ1能谷和 L 能谷，相应的有效质量依次为 0.4m0。Leary 等通过系统研究氮化镓、氮化铟和氮化铝的稳态和瞬态电子输运，发材料会出现明显的载流子速度过冲现象和负微分迁移率效应，通常过冲速度度[36]。14 年，西安电子科技大学王树龙使用蒙特卡罗方法系统研究了Ⅲ-Ⅴ氮化物输运特性[37]，电离杂质浓度为 107cm-3。主要研究了纤锌矿氮化铟的瞬态输锌矿氮化镓中的速度上冲和下冲现象进行了仿真。通过研究纤锌矿氮化镓铝的能量和动量弛豫过程，获得了能量和动量弛豫时间与电子温度和掺杂浓时，通过研究纤锌矿氮化镓和氮化铟的扩散系数，获得了扩散系数与电场
图 1-3 纤锌矿 GaN 的速度-时间特性[38]Fig.1-3 Velocity-time characteristics of wurtzite gallium nitride模拟的结果，尤其是在低场下。料在高场和低场下的输运特性是非常不同的，使用蒙特卡罗方要考虑稳态输运。瞬态输运主要研究半导体器件中载流子速度因为瞬态速度远远大于稳态速度，当器件尺寸比较小时瞬态输导地位。稳态输运研究的主要目的是建立半导体的迁移率模模型，这是因为在目前的器件仿真软件中采用的漂移扩散模型mandde 等使用蒙特卡罗方法模拟了氮化物材料的迁移率特泛应用于主流器件仿真软件中[40]。随着半导体生长技术的不的研究也在不断发展，其中对输运特性的研究也得到不断的体材料及其器件输运特性的研究受到了广泛的关注并将继续据及研究内容
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr掺杂纤锌矿GaN的磁性和光学性质[J]. 黄保瑞,张富春,王海洋. 电子元件与材料. 2016(10)
[2]GaN电子结构与光学性质的第一原理研究[J]. 黄保瑞,张富春,崔红卫. 河南科学. 2016(01)
[3]稀土元素（Ce,Pr）掺杂GaN的电子结构和光学性质的理论研究[J]. 李倩倩,郝秋艳,李英,刘国栋. 物理学报. 2013(01)
[4]利用有限差分和MATLAB矩阵运算直接求解二维泊松方程[J]. 王忆锋,唐利斌. 红外技术. 2010(04)
[5]用全带Monte Carlo方法模拟纤锌矿相GaN和ZnO材料的电子输运特性[J]. 郭宝增. 物理学报. 2002(10)
[6]用三带和全带模型蒙特卡罗方法模拟纤锌矿相GaN体材料输运特性结果的比较（英文）[J]. 郭宝增,王永青. 半导体学报. 2002(02)
博士论文
[1]氮化镓晶体的光学非线性及光生载流子动力学研究[D]. 方宇.苏州大学 2016
[2]基于蒙特卡洛方法的Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体输运特性研究[D]. 王树龙.西安电子科技大学 2014
硕士论文
[1]纤锌矿GaN和AlGaN体材料输运特性的解析模型及其应用研究[D]. 姚庆阳.西安电子科技大学 2011
[2]GaN掺杂系统电子结构和光学性质的理论研究[D]. 李振勇.曲阜师范大学 2010
[3]半导体中载流子迁移的蒙特卡洛模拟[D]. 崔尚科.北京交通大学 2006
[4]纤锌矿GaN载流子输运的蒙特卡罗模拟[D]. 张培增.兰州大学 2006
本文编号：3263570
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