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采用蒙特卡罗方法比较纤锌矿结构GaN、InN和AlN中的电子动量与能量弛豫过程

DOI：10.1016/j.ssc.2018.11.018 期刊：Solid State Communications 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 目前，III族氮化物半导体的瞬态和稳态输运特性均被研究，但关于动量和能量弛豫过程的研究较少，而该过程在器件设计中至关重要。为阐明这一弛豫现象的基本物理过程，我们采用经典三能谷蒙特卡罗方法研究了纤锌矿结构GaN、InN和AlN中的动量与能量弛豫过程。研究目标是理解弛豫速率与电场、温度的关系，并明确动量与能量弛豫过程中散射机制的作用。研究表明，在不同电场和温度条件下，主要的动量和能量弛豫机制可能不同。由于InN最低能谷的有效质量较小，电子更易被电场加速并散射至卫星能谷。其动量弛豫时间远短于能量弛豫时间，这是因为几乎所有散射机制都会导致动量弛豫，而仅极化光学声子和能谷间散射会弛豫电子能量。本研究可为构建弛豫模型或器件设计提供指导。
作者： Shulong Wang，Hongxia Liu，Zhenjie Wu，Zhang Haifeng，Xiaoling Duan，Chao Han，Yin Wei
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研究概述 实验方案

研究目的

为了阐明纤锌矿结构GaN、InN和AlN中动量和能量弛豫现象的基本物理过程，理解弛豫速率与电场和温度的关系，并明确弛豫过程中散射机制的作用。

研究成果

纤锌矿结构的GaN、InN和AlN中的动量和能量弛豫过程显著受电场和温度影响，在不同条件下由不同的散射机制主导。由于影响动量的散射机制更多，动量弛豫时间通常短于能量弛豫时间。非局域输运现象（如速度过冲和下冲）十分重要且随材料特性（特别是有效质量）而变化。这些发现可指导器件设计，并为半导体器件模拟中的能量平衡模型提供输入参数。

研究不足

该研究基于计算与模拟，可能无法完全反映实际器件的复杂性或实验差异。蒙特卡洛方法计算成本较高，限制了其在商用器件模拟器中的应用。本研究聚焦于体材料，可能不直接适用于二维电子气等特定器件结构，且所用参数来自文献，若代表性不足可能引入误差。

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