Високочастотні властивості GaN, AlN та InN у сильних полях

Kostiantyn Viacheslavovych Kulikov; Volodymyr Oleksandrovych Moskaliuk; Volodymyr Ivanovych Tymofieiev

doi:10.20535/2523-4455.2019.24.3.178841

Т. 24 · № 3 · 2019 чер 28, 2019 Мікросистеми та фізична електроніка

Високочастотні властивості GaN, AlN та InN у сильних полях

Kostiantyn Viacheslavovych Kulikov Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Volodymyr Oleksandrovych Moskaliuk Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Volodymyr Ivanovych Tymofieiev Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Сторінки20-32 Опублікованочер 28, 2019

PDF

ТОМ 24 · № 3 · 2019 Переглянути випуск

Анотація

У статті запропоновано метод моделювання і аналізу високочастотних властивостей многодолинних напівпровідників, зокрема GaN, AlN і InN. Модель застосована до надсучасних, перспективних і актуальних матеріалів GaN, AlN і InN, які зараз відомі під узагальнюючою назвою III-нітриди. Метод відрізняється економним використанням обчислювальних ресурсів без істотних втрат точності і можливістю застосування як для динамічних задач у часі, так і змінних у просторі полів. Запропонований підхід базується на вирішенні системи диференціальних рівнянь, які відомі як релаксаційні і отримані з кінетичного рівняння Больцмана в наближенні часу релаксації по функції розподілу по k-простору. В англомовній літературі цей метод відомий під назвою «метод моментів». На відміну від традиційної системи рівнянь для концентрації носіїв, їх імпульсу і енергії тут використано замість рівняння релаксації енергії рівняння для електронної температури як міри енергії тільки хаотичного руху. Друга істотна відмінність полягає в тому, що часи релаксації визначаються не як інтегральні значення із статичних характеристик матеріалу, а через усереднення квантовомеханических швидкостей розсіювання, зазвичай використовуваних у методі Монте-Карло, для окремих видів розсіювання. Усереднення проводилося за максвеллівською функцією розподілу в наближенні електронної температури, в результаті чого враховуються різні механізми розсіювання носіїв через специфічні для них часи релаксації. Оскільки використовувана система рівнянь включає рівняння в частинних похідних за часом і координатами, вона дає можливість досліджувати характерні прояви імпульсних властивостей розглянутих матеріалів, а саме: часовий ефект «сплеску» дрейфової швидкості і просторовий «балістичний транспорт» носіїв. Вперше розглядається використання перетворення Фур’є імпульсної залежності дрейфовой швидкості носіїв для обчислення максимальних властивих напівпровіднику частот. Виявлено зв’язок форми спектральної характеристики швидкості дрейфу з переважаючими в даному електричному полі механізмами розсіювання. Проаналізовано властивості III-нітридів у частотної області в сильному електричному полі і робиться порівняння з існуючими методами оцінки частот відсічення. Показано, що граничні частоти збільшуються з ростом напруженості електричного поля і складають сотні гігагерців, а для нітриду алюмінію перевищують тисячу гігагерців. Це пов’язано, можливо, з найбільшими для нього міждолинними відстанями і відповідно з ослабленим міждолинним розсіюванням. Аналіз просторового прояву ефекту сплеску показує можливість практично без зіткнень, балістичного прольоту електронів у сильному полі на відстанях до сотих і десятих часток мікрометра. Бібл. 15, рис. 10, табл. 1.

Ключові слова

#III-нітриди #нітрид галію #нітрид алюмінію #нітрид індію #механізми розсіювання #міждолинне розсіювання #часи релаксації #сильне електричне поле #балістичний транспорт #динамічні характеристики #гранична частота

Посилання

B. E. Foutz, S. K. O’Leary, M. S. Shur, L.F. Eastman, "Transient electron transport in wurtzite GaN, InN, and AlN," J. of Appl. Phys., vol. 85, no. 11, pp. 7727-7734, 1999. DOI: 10.1109/T-ED.1970.16921
Zhe Chuan Feng, III-Nitride Semiconductor Materials, Imperial College Press and distributed by World Scientific Publishing Co., 2006. DOI: 10.1142/p437
R. Khokni ta D. Istvud , Chislennoye modelirovaniye metodom chastits [Particle Numerical Modeling], M.: Mir, 1987, p. 640.
V. Moskaliuk, V. Timofeev and A. Fedyay, Ultra-high-speed electronic devices, Saarbrucken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014.
Sadao Adachi, Properties of Semiconductor Alloys: Group -IV, III – V, II – VI Semiconductors, West Sussex, United Kingdom: John Wiley & Sons Ltd, 2009, p. 400. DOI: 10.1002/9780470744383
O. Bokula i E. Prokhorov, «Chastotnyye svoystva mezhdolinnogo perenosa v nitride galliya [Frequency properties of intervalley transport in gallium nitride ]», Tekhnika i pribory SVCH, № 1, pp. 24-28, 2011. URL: http://www.tkea.com.ua/svc/2011/1_2011/st_07.htm
K. Zeyeger, Fizika poluprovodnikov [Semiconductor Physics]: Per. s angl. R. Brezisa, A. Matulenisa, A. Tetervova, M.: Mir, 1977, p. 616.
К. Kulikov, I. Baida, V. Moskaliuk and V. Timofeyev, "Conductance Cutoff of A3B5 Nitrides at High-Frequency Region," in 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), pp. 101-105., 2018. DOI: 10.1109/ELNANO.2018.8477497
V. M. Ivashchenko ta V. V. Mitin, Modelirovaniye kineticheskikh yavleniy v poluprovodnikakh. Metod Monte-Karlo [Modeling of kinetic phenomena in semiconductors. Monte Carlo Method], Kiyev: Naukova dumka, 1990, p. 192.
M. S. Shur, GaAs devices and circuits, New York, NY: Springer Science & Business Media, 1987. DOI: 10.1007/978-1-4899-1989-2
V. Moskalyuk, YU. Sinekop ta R. Kassing, Fizika elektronnykh protsessov. Chast' I. Elektronnyye sostoyaniya: Uchebnoye posobiye [Physics of electronic processes. Part I. Electronic states: Textbook], Kiyev: UkrINTEI, 2001, p. 148.
E. D. Prokhorov, N. I. Beletskiy, Poluprovodnikovyye materialy dlya priborov s mezhdolinnym perenosom elektronov [Semiconductor materials for devices with inter-valley electron transfer], Khar'kov: Vysshaya shkola, 1982, p. 144.
V. A. Moskalyuk ta K. V. Kulykov, «Chastotnye parametry nytryda hallyya v sylʹnykh polyakh [Frequency parameters of gallium nitride in strong fields]]» Kyyiv: Visnyk Derzhavnoho universytetu informatsiyno-komunikatsiynykh tekhnolohiy, t. 7, № 3, pp. 306-309, 2009.
K. V. Kulikov ta V. A. Moskalyuk, «Vsplesk dreyfovoy skorosti v nitride galliya [Burst of Drift Speed in Gallium Nitride],» Kiyev: Elektronika i svyaz', t. 4-5, pp. 28-31, 2009. URL: http://journals.kpi.ua/publications/text/2009_2_28_31.pdf
K. Blotekjaеr, «Transport equations for two-valley semiconductors,» IEEE Trans. Electron Devices, т. ED-17(1), pp. 38-47, 1970. DOI: 10.1109/T-ED.1970.16921

Попередня у випуску Вплив методів отримання тонких плівок оксиду церію на вольт-фарадні характеристики МДН-структур

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

Механічно перелаштовувана антена з іонно-полімерним металевим композитом

Artem Serhiyovych Chernov, Oleksii O. Malyshok, Victor Anatoliiovych Kazmirenko, Irina Petrivna Holubeva, Yuriy Vasylovych Prokopenko, Guy A. E. Vandenbosch

Розглядається актуальна задача створення антен для сучасних бездротових систем, здатних до роботи у різних частотних діапазонах. Зазвичай для перелаштування частоти…

#структура з відхиленням електрода #фільтена #перелаштування частоти #актюатор ІМПК

с. 343504.1-343504.6

10.20535/2523-4455.mea.343504

Модель генератора Маркса для генерації коронного розряду у повітрі

Andrii Viktorovych Melnyk, Oleh Mykolaiovych Bevza, Anatolii Ivanovych Kuzmichiev

У статті розглянуто роботу генератора Маркса з навантаженням у вигляді від'ємного коронного розряду в повітрі за атмосферного тиску та побудовано його електричну модель.…

#коронний розряд #генератор Маркса #висока напруга #іонізація

с. 324599.1-324599.8

10.20535/2523-4455.mea.324599

Взаємодія срібних наночастинок з підкладкою в умовах плазмонного резонансу

Yurii I. Mysiuk, Yurii B. Smachylo, Oleksandr V. Ilin, Tetiana Oleksandrivna Bulavinets, Iryna Y. Yaremchuk

Взаємодія між наночастинками металів і підкладками в умовах плазмонного резонансу відіграє вирішальну роль у різних оптичних застосуваннях. У цій роботі ми досліджуємо…

#наночастинки срібла #переріз екстинкції #підкладка #локалізований поверхневий плазмонний резонанс

с. 303929.1-303929.6

10.20535/2523-4455.mea.303929

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Iryna Petrivna Baida, Kostiantyn Viacheslavovych Kulikov, Volodymyr Oleksandrovych Moskaliuk, Volodymyr Ivanovych Tymofieiev, Релаксаційні процеси у субмікронних гетеротранзисторах з системою квантових ям , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 2 (2019)

Схожі статті

Andrii Volodymyrovych Osinsky, Andrii Volodymyrovych Diahiliev, Oleksandr Vasylovych Borysov, Nataliia Mykolaivna Liakhova, Marat Serhiiovych Onachenko, Nina Olehivna Sukhovii, Ihor Vitaliiovych Masol, Volodymyr Ivanovych Osinsky, Рекордна ефективність сонячних батарей на варізонних трінітрідах квантових енесторів-зоністорів , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 5 (2018)
Yana Vjyatsheslavivna Kabushka, Anton Serhiiovych Zotko, Ivan Viktorovich Kandrachuk, Oleksii Volodymyrovych Korzhyk, Дальність виявлення малих повітряних об’єктів наземною системою шумопеленгування , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 5 (2018)
Oksana Yuriivna Kutova, Vladimir Ivanovych Tymofieiev, Mykhailo H. Dusheiko, Guillaume Brotons, Сенсор бета-лактоглобуліну на основі ІСПТ з підзатворним діелектриком СеО2 , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 4 (2019)
Mikhail Removych Dombrougov, Моделювання явища інверсії градієнта профілю алюмінію при рідиннофазній епитаксії гетероструктур GaAl(P,As,Sb) , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 1 (2019)
Liubomyr Mykolaiovych Korolevych, Natalia Maksimchuk, Oleksandr Vasyliovych Borysov, Вплив методів отримання тонких плівок оксиду церію на вольт-фарадні характеристики МДН-структур , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 3 (2019)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Marius Klytta, Аналіз процесу в просторі двох змінних , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Максим Олексеевич Коржик, Sergii Viktorovich Kurdiuk, Olexiy Volodymyrovych Korzhyk, Імпедансні характеристики пласко-паралельного акустичного хвилеводу з акустично м`якими границями при збудженні його двохчастотним сигналом , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 4 (2018)
Maksim Oleksiiovych Korzhyk, Serhii Viktorovych Kurdiuk, Oleksii Volodymyrovych Korzhyk, Імпедансні характеристики плоско-паралельного акустичного хвилеводу з комбінуванням межами при порушенні його двочастотних сигналом , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Аналіз частотних характеристик інвертуючого перетворювача , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 1 (2019)
Viktor Fedorovich Zavorotnyi, Olexander Vasylovych Borisov, Лабораторний тестер сонячних елементів з динамічною реконфігурацією вимірювальної схеми , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)

1-10 з 28 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] B. E. Foutz, S. K. O’Leary, M. S. Shur, L.F. Eastman, "Transient electron transport in wurtzite GaN, InN, and AlN," J. of Appl. Phys., vol. 85, no. 11, pp. 7727-7734, 1999. DOI: 10.1109/T-ED.1970.16921

[2] Zhe Chuan Feng, III-Nitride Semiconductor Materials, Imperial College Press and distributed by World Scientific Publishing Co., 2006. DOI: 10.1142/p437

[3] R. Khokni ta D. Istvud , Chislennoye modelirovaniye metodom chastits [Particle Numerical Modeling], M.: Mir, 1987, p. 640.

[4] V. Moskaliuk, V. Timofeev and A. Fedyay, Ultra-high-speed electronic devices, Saarbrucken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014.

[5] Sadao Adachi, Properties of Semiconductor Alloys: Group -IV, III – V, II – VI Semiconductors, West Sussex, United Kingdom: John Wiley & Sons Ltd, 2009, p. 400. DOI: 10.1002/9780470744383

[6] O. Bokula i E. Prokhorov, «Chastotnyye svoystva mezhdolinnogo perenosa v nitride galliya [Frequency properties of intervalley transport in gallium nitride ]», Tekhnika i pribory SVCH, № 1, pp. 24-28, 2011. URL: http://www.tkea.com.ua/svc/2011/1_2011/st_07.htm

[7] K. Zeyeger, Fizika poluprovodnikov [Semiconductor Physics]: Per. s angl. R. Brezisa, A. Matulenisa, A. Tetervova, M.: Mir, 1977, p. 616.

[8] К. Kulikov, I. Baida, V. Moskaliuk and V. Timofeyev, "Conductance Cutoff of A3B5 Nitrides at High-Frequency Region," in 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), pp. 101-105., 2018. DOI: 10.1109/ELNANO.2018.8477497

[9] V. M. Ivashchenko ta V. V. Mitin, Modelirovaniye kineticheskikh yavleniy v poluprovodnikakh. Metod Monte-Karlo [Modeling of kinetic phenomena in semiconductors. Monte Carlo Method], Kiyev: Naukova dumka, 1990, p. 192.

[10] M. S. Shur, GaAs devices and circuits, New York, NY: Springer Science & Business Media, 1987. DOI: 10.1007/978-1-4899-1989-2

[11] V. Moskalyuk, YU. Sinekop ta R. Kassing, Fizika elektronnykh protsessov. Chast' I. Elektronnyye sostoyaniya: Uchebnoye posobiye [Physics of electronic processes. Part I. Electronic states: Textbook], Kiyev: UkrINTEI, 2001, p. 148.

[12] E. D. Prokhorov, N. I. Beletskiy, Poluprovodnikovyye materialy dlya priborov s mezhdolinnym perenosom elektronov [Semiconductor materials for devices with inter-valley electron transfer], Khar'kov: Vysshaya shkola, 1982, p. 144.

[13] V. A. Moskalyuk ta K. V. Kulykov, «Chastotnye parametry nytryda hallyya v sylʹnykh polyakh [Frequency parameters of gallium nitride in strong fields]]» Kyyiv: Visnyk Derzhavnoho universytetu informatsiyno-komunikatsiynykh tekhnolohiy, t. 7, № 3, pp. 306-309, 2009.

[14] K. V. Kulikov ta V. A. Moskalyuk, «Vsplesk dreyfovoy skorosti v nitride galliya [Burst of Drift Speed in Gallium Nitride],» Kiyev: Elektronika i svyaz', t. 4-5, pp. 28-31, 2009. URL: http://journals.kpi.ua/publications/text/2009_2_28_31.pdf

[15] K. Blotekjaеr, «Transport equations for two-valley semiconductors,» IEEE Trans. Electron Devices, т. ED-17(1), pp. 38-47, 1970. DOI: 10.1109/T-ED.1970.16921