بررسی پراکندگی محدود کننده تحرک در نانوسیم نیمه هادی کوانتومی گالیوم ارسناید

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

چکیده

چکیده: در این مقاله، می‌خواهیم پراکندگی غالب و محدود کننده تحرک در یک دستگاه نیمه‌هادی یک بعدی مانند نانوسیم گالیوم آرسناید را مطالعه کنیم. ابتدا برهمکنش الکترون فونون را در یک دستگاه نیمه‌هادی یک بعدی توصیف و سپس با استفاده از تابع موج صفحه‌ای بعضی از پراکندگی‌ها در این دستگاه برحسب کمیت‌هایی نظیر چگالی حامل‌های یک بعدی و دما مورد بررسی قرار می‌دهیم. این پراکندگی‌ها شامل پراکندگی فونونی نظیر پراکندگی فونون‌های اکوستیکی از طریق جفت شدگی پتانسیل تغییر شکل، پراکندگی فونون‌های اکوستیکی از طریق جفت‌شدگی پیزوالکتریک و پراکندگی فونون‌های اپتیکی قطبی بوده که ابتدا محاسبه و سپس رسم کرده‌ایم. همچنین نشان داده‌ایم که پراکندگی محدود کننده تحرک حامل‌ها در گستره‌ی دماهای پایین و بالا به ترتیب، پراکندگی فونون اکوستیکی پتانسیل تغییر شکل و پراکندگی فونون اپتیکی طولی قطبی می‌باشد. با افزایش چگالی خطی حامل و شعاع نانوسیم تحرک حامل ها به ازای یک دمای معین افزایش می یابد. پراکندگی غالب در گستره دمایی (K300 -4) پتانسیل تغییر شکل بوده و مستقل از چگالی خطی و شعاع نانوسیم است. برای شعاع و چگالی خطی بالای نانوسیم پراکندگی غالب در گستره دمایی (K500-300) پراکندگی فونون اپتیکی قطبی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

INVESTIGATION OF SCATTERING -LIMITED MOBILITY IN GALLIUM ARSENIDE SEMICONDUCTOR QUANTUM NANOWIRE

نویسندگان [English]

  • Ghassem Ansaripour
  • Atefeh Famil Zare
Department of Physics, Bu-Ali Sina University, Hamedan
چکیده [English]

Abstract: In this work, we aim to investigate the dominant scattering and mobility limiting in a one-dimensional semiconductor device, such as gallium arsenide nanowire. First, the interaction of phonon-electron in a one-dimensional semiconductor device is described and then, using the sheet wave function, some of the carrier scatterings of this system is investigated in terms of quantities such as the density of one-dimensional carriers and temperature. These scatterings include phonon scattering, such as the scattering of acoustic phonons, through the deformation potential coupling, the scattering of acoustic phonons by piezoelectric coupling and the scattering of polar optical phonons, which we first computed and then plotted. We have shown that the mobility limited scattering of carriers in the range of low and high temperatures are acoustic phonon deformation potential scattering and polar longitudinal optical phonon scattering respectively. By increase of linear carrier concentration and nanowire radius the mobility of carriers is enhanced in a given temperature. The dominant scattering in the temperature range (4-300K) is deformation potential and is independent of the carrier concentration and nanowire radius. For high carrier density and nanowire radius the dominant scattering in the temperature range (300-500K) is polar optical phonon scattering

کلیدواژه‌ها [English]

  • Scattering
  • Mobility
  • Acoustic phonon
  • Optical phonon
  • Nanowire

مراجع

 
[1] K.S. Novoselov, A.K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, Nature, 438, 197, 2005.
[2] B. Catherine, P. Houdy, M. Lahmani, " Nanomaterials and nano chemistry," Springer Science & Business Media,  2008.
[3] N. Lupu, “Nanowires science and technology,” First Publishing, India, Intech, 131–150, 2010.
[4] C.N.R. Rao, A. Govindaraj, “Nanotubes and nanowires,” First Publishing, United Kingdom, The Royal Society of Chemistry, RSC Publication,77-162, 2005.
[5] Y. Peidong, Y. Ruoxue, and F. Melissa, American Chemical Society, Nano letters, 1529-1536, 2010.
[6] G. Ansaripour, B. Shayeghy, "The effect of dielectric environment on the carrier transport in semiconducting nanowires,” International journal for light and electron optics, 127, 9673, 2016.
[7] T. Ando, Japanese physical society, 75, 074716 , 2006.
[8] H.H. Sønsteby, J.E. Bratvold, V.A.-L. K. Killi, D. Choudhury, J.W. Elam, H. Fjellvåg, O. Nilsen," Tert-butoxides as precursors for atomic layer deposition of alkali metal containing thin films," Journal vacuum science technology A, 38, 060804, 2020.
[9] T. Ando, A. B. Fowler, F. Stern," Electronic properties of two-dimensional systems," Review modern physics, 54, 437, 1982.
[10] G. Ansaripour, G. Braithwaite, M. Myronov, O.A. Mironov, E.H.C. Parker, T.E. Whall," Energy loss rates of two-dimensional hole gases in inverted Si/SiGe heterostructures”, Applied physics letters, 76, 1140-1142, 2000.

[11] W.Y. Lai, S.D. Sarma," Ground-state variational wave function for the quasi-one- dimensional semiconductor quantum wire," Physical review B, 33, 8874, 1986.

[12] J.A. Brum, G. Bastard, L.L. Chang, L. Esaki,  in Proceedings of 18th International Conference  on the Physics of Semiconductors, Stockholm, 1987.

[13] J.W. Brown, H.P. Spector," Exciton binding energy in a quantum-well wire," Physical review B, 35, 3009, 1987.

[14] G. Fishman," Mobility in a quasi-one- dimensional semiconductor," Physical review B, 34, 2394,1986.

[15] G. Ansaripour," Mobility of holes in a Si/SiGe metal oxide semiconductor field effect transistor,"  Thin solid films, 518, 6105-6108, 2010.
[16] G. Ansaripour," The effect of hot  phonons on the hole drift velocity in a p-type Si/SiGe modulation doped heterostructure", Thin solid films, 517, 21, 5559-5603, 2009.
[17] B. Vinter, "Low-temperature phonon-limited  electron mobility in modulation-doped  heterostructures," Physical review B, 33, 5904, 1986.
[18] S.E. Laux,  F. Stern," Electron states in narrow gate-induced channels in Si," Applied physics Letters, 49, 91, 1986.

[19] T.J. Thornton, M. Pepper, H. Ahmed, D.  Andrews, G.J. Davies, Physical review Letters,56, 1198, 1986.

[20] A. Konar, D. Jena," Tailoring the carrier mobility of semiconductor nanowires by remote dielectrics," Journal of applied physics, 102,123705, 2007.

 

[21] G. Fishman," Phonon-limited mobility in a quasi-one- dimensional semiconductor," Physical review B, 36, 7448-7456, 1987.

 
نانومقیاس
دوره 8، شماره 1
فروردین 1400
صفحه 34-43

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 11 بهمن 1399
  • تاریخ بازنگری: 0-727 فروردین 2
  • تاریخ پذیرش: 10 خرداد 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار