نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بوعلی سینا
چکیده
با استفاده از سازوکارهای پراکندگی مختلف مانند زبری سطح، آلیاژ، ناخالصی بار، کرنش، پراکندگی فونون و همچنین با در نظر گرفتن اثر ثابتهای دیالکتریک مختلف، تحرک حاملها در یک چاه کوانتومی SiGe کرنش یافته روی (001) Si محاسبه شده است. نشان داده شده است که تحرک حاملها در داخل کانال در نتیجه افزایش عدم تطابق دیالکتریک چندین برابر افزایش مییابد. در دماهای پایین، با استفاده از یک پوشش دیالکتریک (100 κ =)، تحرک از cm^2/Vs 1600 به cm^2/Vs 12300 اافزایش مییابد که افزایشی بیش از هفت برابر را نشان میدهد، درحالیکه در دمای اتاق و چگالی یکسان، تحرک از 760 cm^2/Vs به 970 cm^2/Vs
افزایش مییابد. در واقع، افزایش مقدار ثابت دیالکتریک، اثر پوششی و تضعیف پتانسیل کولنی را تضعیف میکند. این افزایش تحرک در دماهای پایین برای هر چگالی حاملی رخ میدهد، اما در دماهای بالا و چگالیهای پایین، رفتار کاملاً متفاوت است. عدم در نظر گرفتن این عدم تطابق دیالکتریک باعث نتایج نادرست در چگالیهای بالا میشود و این با افزایش ضریب دیالکتریک آشکارتر میشود. یافتههای این مطالعه، تصویر جامعی از تأثیر دیالکتریکها بر انتقال بار در چاه کوانتومی برای دمای پایین و دمای اتاق در چگالیهای حامل مختلف ارائه میدهد و همچنین کمک میکند تا پوشش دیالکتریک بهینه را برای طراحی و ساخت ترانزیستورهای نانومقیاس با تحرک بالا شناسایی کنیم.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Enormous improvement of mobility of 2D carrier gas using high-κ dielectric in SiGe quantum well
نویسندگان [English]
- Rezvan Torkashvand
- Ghassem Ansaripour
Department of Physics, Faculty of Science, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده [English]
Using different scattering mechanisms such as, surface roughness, alloy, charge impurity, strain, phonon scattering and regarding the effect of various dielectric constants, calculations of the carrier mobility in a strained SiGe quantum well on (001) Si are implemented. It is shown that the mobility of carriers inside the channel increases several times as a result of increasing the dielectric mismatch. At low temperatures, using a dielectric coating (k=100) the mobility rises from 1600 cm^2/Vs to 12300 cm^2 /V s which shows an increase of more than seven times, whereas at room temperature and same density the mobility increases from 760 cm^2 /V s to 970 cm^2 /V s. I
In fact, increasing the dielectric constant weakens the screening effect and the attenuation of Coulomb potential. This mobility enhancement at low temperatures occurs for any carrier densities, but at high temperatures and low densities, the behavior is completely different. Failure to account for this dielectric mismatch causes incorrect results at high densities, and this becomes more obvious with increasing dielectric coefficient. The findings of this study emerge a comprehensive picture of the effect of dielectrics on charge transport in quantum well for low and room temperature at different carrier densities, as well as, help us to identify the optimal dielectric coating for the design and fabrication of the high mobility nanoscale transistors.
.
کلیدواژهها [English]
- mobility improvement
- dielectric coating
- scattering mechanisms
- screening
- quantum well
- L Tao, E Cinquanta, D Chiappe, C Grazianetti, M Fanciulli, M Dubey, and A Molle, Nature Nanotechnology10 (2015) 227.
- K H Aharonyan, E M Kazaryan, M Bazzan, and E P Kokanyan, Physica B 695 (2024) 416535.
- D K Efetov and P Kim, Physical Review Letters 105 (2013) 256805.
- M Xu, T Liang, M Shi, and H Chen, Chemical Reviews 113 (2013) 3766.
- S Das Sarma, S Adam, E Hwang, and E Rossi, Reviews of Modern Physics 83 (2011) 407.
- J C Charlier, X Blasé, and S Roche, Reviews of Modern Physics 79 (2007) 677.
- C M Lieber, MRS Bulletin 28 (2003) 486.
- D Zanato, S Gokden, N Balkan, B K Ridley, and W J Schaff, Semiconductor Science and Technology 19 (2004) 427.
- D Jena and A Konar, Physical Review Letters 98 (2007) 136805.
- A Konar, M Bajaj, R K Pandey, and K V R M Murali, Journal of Applied Physics 114 (2013) 113707.
- N Ma and D Jena, Physical Review X 4 (2014) 011043.
- D Jena and A Konar, Journal of Applied Physics 102 (2007) 123705.
- A Konar, T Fang and D Jena, Physical Review B 84 (2011) 085422.
- L V Keldysh, JETP Letters 29 (1979) 658.
- L V Keldysh, Physica Status Solidi (a) 164 (1997) 3.
- G Ansaripour and B Shayeghy, Optik 127 (2016) 9673.
- H Sakaki, T Noda, K Hirakawa, M Tanaka and T Matsusue, Applied Physics Letters 51 (1987) 1934.
- A Konar, T Fang and D Jena, Physical Review B 82 (2010) 115452.
- A K M Newaz, Y S Puzyrev, B Wang, S T Pantelides and K Bolotin, Nature Communications 3 (2012) 734.
- G Ansaripour, Thin Solid Films 518 (2010) 5599.
- G Ansaripour, Thin Solid Films 517 (2009) 6105.
- G Ansaripour, G Braithwaite, S Agan, E H C Parker and T E Whall, Microelectronic Engineering 51 (2000) 541.
- M Myronov, Y Shiraki, T Mouri and K M Itoh, Thin Solid Films 517 (2008) 359.
- J H Davies, The Physics of Low-Dimensional Semiconductors (1998).
- W Zhang and Z Huang, Nano Research 7 (2014) 1731.
- M G Arashti and M A Sadeghzadeh, Vacuum 93 (2013) 1.
- C J Emeleus, T E Whall, D W Smith, R A Kubiak, E H C Parker and M J Kearney, Journal of Applied Physics 73 (1993) 3852.
- S D Sarma and E H Hwang, Scientific Reports 5 (2015) 16655.
- A Gold and V T Dolgopolov, Physical Review B 33 (1986) 1076.
- C Y Huang, J J M Law, H Lu, D Jena, M J W Rodwell and A C Gossard, Journal of Applied Physics 115 (2014) 123711.
- D R Leadley, M J Kearney, A I Horrell, H Fischer, L Risch, E H C Parker and T E Whall, Semiconductor Science and Technology 17 (2002) 708.
- J M Hinckley and J Singh, Physical Review B 41 (1990) 2912.
- V Venkataraman, C W Liu and J C Sturm, Applied Physics Letters 63 (1993) 20.
- A Rahmani, M A Sadeghzadeh and R Khordad, Superlattices and Microstructures 83 (2015) 271.
- G Ansaripour, G Braithwaite, M Myronov, O A Mironov, E H C Parker and T E Whall, Applied Physics Letters 76 (2000) 1140.
- S B Lisesivdin, A Yildiz, N Balkan, M Kasap, S Ozcelik and E Ozbay, Journal of Applied Physics 108 (2010) 013712.
- S Gokden, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 23 (2004) 19.
- V M Polyakov and F Schwierz, Journal of Applied Physics 101 (2007) 033703.
- A Gold, Physical Review B 35 (1987) 723.
- R J P Lander, M J Kearney, A I Horrell, E H C Parker, P J Phillips and T E Whall, Semiconductor Science and Technology 12 (1997) 1064.
- R M Feenstra and M A Lutz, Journal of Applied Physics 78 (1995) 6091.
- S H Huang, T M Lu, S C Lu, C H Lee, C W Liu and D C Tsui, Applied Physics Letters 101 (2012) 042111.
- W Knap, S Contreras, H Alause, C Skierbiszewski, J Camassel, M Dyakonov, J L Robert, J Yang, Q Chen, M A Khan, M L Sadowski, S Huant, F H Yang, M Goian, J Leotin and M S Shur, Applied Physics Letters 70 (1997) 2123.
- C Lombardi, S Manzini, A Saporito and M Vanzi, IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems 7 (1988) 1164.
- M N Darwish, J L Lentz, M R Pinto, P M Zeitzoff, T J Krutsick and H H Vuong, IEEE Transactions on Electron Devices 44 (1997) 1529.
- V K Sangwan and M C Hersam, Annual Review of Physical Chemistry 69 (2018) 299.
- D R Leadley, M J Kearney, A I Horrell, H Fischer, L Risch, E H C Parker and T E Whall, Semiconductor Science and Technology 17 (2002) 708.
- M J Kearney and A I Horrell, Semiconductor Science and Technology 13 (1998) 174.
- M A Sadeghzadeh, A I Horrell, O A Mironov, E H C Parker, T E Whall and M J Kearney, Applied Physics Letters 76 (2000) 2568.
)