基于蒙特卡洛方法的Ⅲ-V族氮化物半導體輸運特性研究.pdf

1、近年來,隨著 III-V族氮化物半導體生長技術的進步,基于 III-V族氮化物半導體的器件表現出越來越優(yōu)異的性能,并逐漸開始進入應用領域,相應的輸運研究也得到了廣泛的關注。為了能夠準確的對 III-V族半導體器件進行準確建模和預測器件性能,需要對其輸運特性進行研究,建立適應于 III-V族器件輸運的關鍵參數,如遷移率和擴散系數模型。由于 III-V族氮化物半導體經常工作在強場和高頻條件下,為了能夠準確描述其輸運特性,蒙特卡洛方法在 II

2、I-V族半導體輸運研究總得到了比較多的應用。本文對 III-V族氮化物半導體材料的輸運特性進行了系統(tǒng)的研究,所取得的主要研究成果為:
　　1.開發(fā)了基于蒙特卡洛方法的輸運平臺,可以對 III-V族氮化物半導體輸運特性進行仿真。針對 III-V族氮化物半導體的散射特性,基于系綜蒙特卡洛方法,開發(fā)了可以對各種 III-V族氮化物半導體進行瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)輸運仿真的平臺。最后,通過將蒙特卡洛方法和泊松方程進行耦合,建立了可以用于一維半導體器件

3、仿真的模擬器。
　　2.對 III-V族氮化物半導體的瞬態(tài)輸運特性進行了研究?；诿商乜遢斶\平臺,對纖鋅礦 InN的瞬態(tài)輸運,能量和動量弛豫過程進行了深入的研究,結合弛豫研究,對穩(wěn)態(tài)輸運中出現的負微分遷移率的物理機制進行了系統(tǒng)闡述。針對InN電子結構各向異性的特點,對其各向異性輸運特性進行了研究。針對纖鋅礦和閃鋅礦 InN,對過去很少研究的速度下沖現象進行了仿真,闡述了速度下沖產生的物理機制。最后對纖鋅礦 GaN中的速度上沖和下

4、沖現象進行了仿真。
　　3.對 III-V族氮化物半導體的動量和能量弛豫過程進行了系統(tǒng)的研究。目前在 III-V族氮化物的研究中,其弛豫過程還未見研究。為了滿足能量平衡方程對弛豫時間模型的要求,對纖鋅礦 GaN,InN和 AlN的動量和能量弛豫過程進行了研究,得到了動量和能量弛豫時間隨電子溫度的變化,為建立相應的模型建立了基礎。同時,摻雜濃度對動量和能量弛豫時間的影響進行了研究,研究表明,建立準確的解析模型除了溫度,還需要考慮摻雜

5、濃度的影響。
　　4.對 III-V族氮化物半導體的穩(wěn)態(tài)輸運特性進行了研究。針對目前在 III-V族氮化物半導體輸運研究中缺少對擴散系數研究的現狀,基于蒙特卡洛方法,時間相關函數和二次中心矩方法,對纖鋅礦 GaN和 InN的擴散系數進行了研究,明確了擴散系數隨電場,溫度,摻雜濃度和頻率的變化關系?；跀U散系數的研究和愛因斯坦關系,建立了纖鋅礦 InN各向異性遷移率解析模型,該模型可以直接用于器件仿真軟件,同時對纖鋅礦 InN高場輸

6、運行為進行了研究,該數據可以用于建立解析的高場遷移率模型。
　　5.對均勻摻雜耿氏二極管太赫茲源的輸運特性進行了研究?；诿商乜宸椒ê筒此煞匠?在太赫茲頻段,對均勻摻雜 GaN耿氏二極管,在直流和交流偏置下,對其輸運行為進行了研究,明確了產生耿氏振蕩的物理機理。研究表明,當積累疇運動到陽極,并不一定導致電流的增加,器件內部的平均速度比電子濃度對電流的影響更大。該研究表明,準確的進行基于耿氏二極管的太赫茲源研究需要采用蒙特卡洛方法