論文の概要: Full-band Monte Carlo simulation of two-dimensional electron gas in
(Al$_{x}$Ga$_{1-x}$)$_{2}$O$_{3}$/Ga$_{2}$O$_{3}$ heterostructures
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.06405v1
- Date: Mon, 13 Jun 2022 18:22:53 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-09 12:31:34.100635
- Title: Full-band Monte Carlo simulation of two-dimensional electron gas in
(Al$_{x}$Ga$_{1-x}$)$_{2}$O$_{3}$/Ga$_{2}$O$_{3}$ heterostructures
- Title（参考訳）: Al$_{x}$Ga$_{1-x}$)$_{2}$O$_{3}$/Ga$_{2}$O$_{3}$ヘテロ構造における2次元電子気体のフルバンドモンテカルロシミュレーション
- Authors: Avinash Kumar, and Uttam Singisetti
- Abstract要約: 酸化ガリウム(英: Gallium oxide)は、パワーエレクトロニクスやRFスイッチングに応用するための超広帯域半導体である。
2DEGにおける高磁場電子輸送は、第一原理計算パラメータに基づいて研究される。
2DEGとバルク中の電子の運動は、統合されたモンテカルロプログラムによって処理される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.489793155793319
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: $\beta$-Gallium Oxide (Ga$_{2}$O$_{3}$) is an extensively investigated
ultrawide-bandgap semiconductor for potential applications in power electronics
and RF switching. The room temperature bulk electron mobility ($\sim$200
cm$^{2}$V$^{-1}$s$^{-1}$) is comparatively low and is limited by the 30 phonon
modes originating from its 10-atom primitive cell. The theoretically calculated
saturation velocity is 1-2$\times$10$^{7}$ cms$^{-1}$ which is comparable to
GaN. The high field electron transport in the 2DEG is explored in this work
based on the first principles calculated parameters. A self-consistent
calculation on a given heterostructure design gives the confined eigenfunctions
and eigenenergies. The intrasubband and the intersubband scattering rates are
calculated based on the Fermi's golden rule considering LO phonon-plasmon
screening. The high field characteristics are extracted from the full-band
Monte Carlo simulation of heterostructures at 300 K. The motion of electrons in
the 2DEG and the bulk is treated through an integrated Monte Carlo program
which outputs the steady state zone population, transient dynamics and the
velocity-field curves for a few heterostructure designs. The critical field for
saturation does not change significantly from bulk values, however an improved
peak velocity is calculated at a higher 2DEG density. The velocity at low 2DEG
densities is impacted by the antiscreening of LO phonons which plays an
important role in shaping the zone population. A comparison with the
experimental measurements is also carried out and possible origins of the
discrepancies with experiments is discussed.
- Abstract（参考訳）: $\beta$-Gallium oxide (Ga$_{2}$O$_{3}$) は、パワーエレクトロニクスやRFスイッチングに応用するための超広帯域半導体である。
室温バルク電子移動量(\sim$200 cm$^{2}$V$^{-1}$s$^{-1}$)は比較的低く、10原子原始細胞に由来する30フォノンモードによって制限されている。
理論的に計算された飽和速度は1-2$\times$10$^{7}$ cms$^{-1}$であり、これはGaNに匹敵する。
2DEGにおける高磁場電子輸送は、第一原理計算パラメータに基づいて研究される。
与えられたヘテロ構造設計の自己整合計算は、制限された固有関数と固有エネルギーを与える。
loフォノンプラズモンスクリーニングを考慮したフェルミの黄金則に基づいてサブバンド内およびサブバンド間散乱率を算出する。
300kにおけるヘテロ構造のフルバンドモンテカルロシミュレーションから高磁場特性を抽出し、2degおよびバルク中の電子の動きを、いくつかのヘテロ構造設計のために定常領域の人口、過渡ダイナミクス、速度場曲線を出力する統合モンテカルロプログラムにより処理する。
飽和の臨界場はバルク値から大きく変化しないが, ピーク速度は2DEG密度の高い値で計算される。
低2deg密度での速度は、loフォノンの反遮蔽に影響を与え、ゾーン人口の形成に重要な役割を果たしている。
また,実験結果との比較を行い,実験結果との相違の原因について考察した。
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