發(fā)布時間：2021-07-03 23:33

　　氮化鎵（GaN）材料的研究與應用是目前半導體研究的前沿和熱點。第三代寬禁帶半導體材料氮化鎵具有高電子漂移速度、臨界擊穿場強大、高熱導率、介電常數(shù)小和良好的化學穩(wěn)定性等突出優(yōu)點,滿足高電壓、高功率、高頻率、高溫度、高線性和高效率半導體器件的工作要求,在光電子器件和發(fā)光器件的制備與研制方面具有廣泛的應用前景和研究價值。半導體中載流子輸運特性的重要參數(shù)是控制微電子器件質(zhì)量、性能和可靠性的關(guān)鍵參數(shù),因此研究氮化鎵材料中載流子的輸運性質(zhì)、解析材料的物理散射機制,對于改善氮化鎵基半導體器件具有非常重要的意義。本文采用多粒子蒙特卡羅模擬了300K溫度下氮化鎵高壓光電導材料中光生載流子的輸運特性。計算中假定材料的電離雜質(zhì)濃度為1×1016cm-3,高斯光脈沖的波長為532nm,其對應的光子能量為2.33eV,滿足雙光子吸收的基本條件。能帶結(jié)構(gòu)采用包括主能谷Γ1和兩個衛(wèi)星能谷（Γ2、L-M）的三能谷模型,考慮了六種在半導體輸運特性中起重要作用的散射機制:按彈性散射處理的電離雜質(zhì)散射、聲學波壓電散射和聲學波形變勢散射;按非彈性散射處理的極性光學波散射、光學波形變勢散射和谷間散射。通過對物理模型及與能帶結(jié)構(gòu)... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：51 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

纖鋅礦GaN的速度-場特性

圖 1-2 纖鋅礦 GaN、InN、AlN 和閃鋅礦 GaAs 的速度-場特性[33]Fig.1-2 The velocity-field characteristics of wurtzite GaN, InN, AlN and zinc blende GaA 160kV/cm 時出現(xiàn)負微分電導。在 1018cm-3雜質(zhì)濃度下，當電場高于 140負微分電導。考慮的散射機制有電離雜質(zhì)散射、極性光學波聲子散射、聲學射和谷間散射。模擬包括Г能谷、Γ1能谷和 L 能谷，相應的有效質(zhì)量依次為 0.4m0。Leary 等通過系統(tǒng)研究氮化鎵、氮化銦和氮化鋁的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)電子輸運，發(fā)材料會出現(xiàn)明顯的載流子速度過沖現(xiàn)象和負微分遷移率效應，通常過沖速度度[36]。14 年，西安電子科技大學王樹龍使用蒙特卡羅方法系統(tǒng)研究了Ⅲ-Ⅴ氮化物輸運特性[37]，電離雜質(zhì)濃度為 107cm-3。主要研究了纖鋅礦氮化銦的瞬態(tài)輸鋅礦氮化鎵中的速度上沖和下沖現(xiàn)象進行了仿真。通過研究纖鋅礦氮化鎵鋁的能量和動量弛豫過程，獲得了能量和動量弛豫時間與電子溫度和摻雜濃時，通過研究纖鋅礦氮化鎵和氮化銦的擴散系數(shù)，獲得了擴散系數(shù)與電場

圖 1-3 纖鋅礦 GaN 的速度-時間特性[38]Fig.1-3 Velocity-time characteristics of wurtzite gallium nitride模擬的結(jié)果，尤其是在低場下。料在高場和低場下的輸運特性是非常不同的，使用蒙特卡羅方要考慮穩(wěn)態(tài)輸運。瞬態(tài)輸運主要研究半導體器件中載流子速度因為瞬態(tài)速度遠遠大于穩(wěn)態(tài)速度，當器件尺寸比較小時瞬態(tài)輸導地位。穩(wěn)態(tài)輸運研究的主要目的是建立半導體的遷移率模模型，這是因為在目前的器件仿真軟件中采用的漂移擴散模型mandde 等使用蒙特卡羅方法模擬了氮化物材料的遷移率特泛應用于主流器件仿真軟件中[40]。隨著半導體生長技術(shù)的不的研究也在不斷發(fā)展，其中對輸運特性的研究也得到不斷的體材料及其器件輸運特性的研究受到了廣泛的關(guān)注并將繼續(xù)據(jù)及研究內(nèi)容

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Cr摻雜纖鋅礦GaN的磁性和光學性質(zhì)[J]. 黃保瑞,張富春,王海洋.  電子元件與材料. 2016(10)
[2]GaN電子結(jié)構(gòu)與光學性質(zhì)的第一原理研究[J]. 黃保瑞,張富春,崔紅衛(wèi).  河南科學. 2016(01)
[3]稀土元素（Ce,Pr）摻雜GaN的電子結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)的理論研究[J]. 李倩倩,郝秋艷,李英,劉國棟.  物理學報. 2013(01)
[4]利用有限差分和MATLAB矩陣運算直接求解二維泊松方程[J]. 王憶鋒,唐利斌.  紅外技術(shù). 2010(04)
[5]用全帶Monte Carlo方法模擬纖鋅礦相GaN和ZnO材料的電子輸運特性[J]. 郭寶增.  物理學報. 2002(10)
[6]用三帶和全帶模型蒙特卡羅方法模擬纖鋅礦相GaN體材料輸運特性結(jié)果的比較（英文）[J]. 郭寶增,王永青.  半導體學報. 2002(02)

博士論文
[1]氮化鎵晶體的光學非線性及光生載流子動力學研究[D]. 方宇.蘇州大學 2016
[2]基于蒙特卡洛方法的Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體輸運特性研究[D]. 王樹龍.西安電子科技大學 2014

碩士論文
[1]纖鋅礦GaN和AlGaN體材料輸運特性的解析模型及其應用研究[D]. 姚慶陽.西安電子科技大學 2011
[2]GaN摻雜系統(tǒng)電子結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)的理論研究[D]. 李振勇.曲阜師范大學 2010
[3]半導體中載流子遷移的蒙特卡洛模擬[D]. 崔尚科.北京交通大學 2006
[4]纖鋅礦GaN載流子輸運的蒙特卡羅模擬[D]. 張培增.蘭州大學 2006



本文編號：3263570