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Physically based Diagonal Treatment of the Self-Energy of Polar Optical Phonons: Performance Assessment of III-V Double-Gate Transistors

DOI:10.1103/PhysRevApplied.10.064023 期刊:Physical Review Applied 出版年份:2018 更新时间:2025-09-04 15:30:14
摘要: We propose a diagonal approximation for the self-energy that describes the interaction between electrons and polar optical phonons in the framework of nonequilibrium Green’s function transport simulations. Our model is based on the definition of a scaling factor, which renormalizes the local electron-phonon coupling, to take into account the nonlocality of the interaction and provide the correct scattering rates. While previous studies relied on empirical values of this factor, we derive, from basic physical relationships, analytical expressions in the presence of the one- and two-dimensional confinement of phonons. We apply our model to the self-consistent simulation of double-gate p-type transistors made of technologically relevant III-V materials (InAs, InSb, and GaSb). Their performance is benchmarked, for different crystallographic orientations and strain constraints, against the corresponding Si and Ge devices. We find that the electron-polar optical phonon scattering plays a major role in degrading the performance of the III-V devices and typically results in a widening of the performance gap existing between III-V and Si or Ge devices in ballistic transport conditions.
作者: Manel Moussavou,Michel Lannoo,Nicolas Cavassilas,Demetrio Logoteta,Marc Bescond
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研究概述 实验方案

Investigating the impact of electron-polar optical phonon scattering on the performance of III-V double-gate transistors compared to Si and Ge devices.

The study concludes that electron-polar optical phonon scattering significantly degrades the performance of III-V double-gate transistors, widening the performance gap with Si and Ge devices. The derived scaling factor provides a physically sound method to incorporate nonlocal interactions in quantum transport simulations.

The study is limited by the computational complexity of accurately modeling nonlocal electron-phonon interactions in quantum transport simulations. The diagonal approximation, while efficient, may not capture all nuances of the interaction.

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