ワイドギャップ半導体における衝突イオン化現象の理論研究

宽禁带半导体碰撞电离现象的理论研究

基本信息

  • 批准号:
    21K14195
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.91万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2021-04-01 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本研究では、パワーデバイス材料として期待されている炭化ケイ素、窒化ガリウム、酸化ガリウムなどのワイドギャップ半導体に関して、衝突イオン化係数などの高電界キャリア輸送特性を理論的に検討することを目的としている。2022年度は、まず、本研究で用いているフルバンドモンテカルロ法における極性光学フォノン散乱の扱いについて検討した。そのうえで、酸化ガリウムにおける電子輸送を、経験的強束縛近似法および第一原理計算で求めたバンド構造に基づいて解析した。まずは、低電界における移動度の温度依存性を再現する散乱モデルを構築し、そのモデルに基づいて高電界での輸送特性を計算した。その結果、先行研究で報告されている、第一原理計算に基づく複雑な散乱過程を考慮した衝突イオン化係数の振る舞いを、よりシンプルなモデルによってある程度再現できることが分かった。また、衝突イオン化係数の異方性がバンド構造の異方性により理解できることを示した。また、窒化ガリウムにおける高電界電子輸送の解析も行った。本研究では、電子状態を強束縛近似法で記述し、得られた波動関数の情報を用いて、バンド間トンネル効果も考慮したシミュレーションを行った。まず、無歪の場合について、散乱レートの記述に用いるパラメータを調整することで、低電界での移動度および高電界印加時の衝突イオン化係数のそれぞれの実験値を再現した。そのうえで、歪によるバンド構造の変化を考慮した計算を行い、衝突イオン化係数の歪に対する依存性を解析した。
这项研究的目的是从理论上检验碳化硅、氮化镓和氧化镓等宽禁带半导体的高场载流子传输特性,例如碰撞电离系数,这些半导体有望用作功率器件材料。在 2022 财年,我们首先研究了本研究中使用的全带蒙特卡罗方法中极性光学声子散射的处理。然后,基于经验强结合近似方法和第一性原理计算确定的能带结构,分析了氧化镓中的电子输运。首先,我们构建了一个散射模型,该模型再现了低电场中迁移率对温度的依赖性,并基于该模型计算了高电场中的输运特性。结果发现,碰撞电离系数的行为(考虑到了先前研究中报告的基于第一性原理计算的复杂散射过程)可以在一定程度上通过更简单的模型来重现。我们还表明,碰撞电离系数的各向异性可以从能带结构的各向异性来理解。我们还分析了氮化镓中的高场电子传输。在本研究中,我们使用紧束缚近似方法描述电子态,并使用获得的波函数信息进行模拟,同时考虑了带间隧道效应。首先,在无应变的情况下,通过调整用于描述散射率的参数,我们再现了低电场下的迁移率和施加高电场时的碰撞电离系数的实验值。然后,进行考虑了因应变引起的能带结构变化的计算,并分析了碰撞电离系数对应变的依赖性。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Tight-binding analysis of the effect of strain on the band structure of GaN
应变对GaN能带结构影响的紧束缚分析
  • DOI:
    10.35848/1347-4065/acb7fe
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    W. Miyazaki;H. Tanaka;and N. Mori
  • 通讯作者:
    and N. Mori
強束縛近似法による酸化ガリウムの電子状態の解析に関する研究
强结合近似法分析氧化镓电子态的研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    W. Miyazaki;H. Tanaka;and N. Mori;入田一輝,岡田丈,橋本風渡,田中一,森伸也
  • 通讯作者:
    入田一輝,岡田丈,橋本風渡,田中一,森伸也
Simulation analysis of high-field carrier transport in wide-bandgap semiconductors considering tunable band structures and scattering processes
考虑可调谐能带结构和散射过程的宽带隙半导体高场载流子传输仿真分析
  • DOI:
    10.1063/5.0090308
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    H. Tanaka;T. Kimoto;and N. Mori
  • 通讯作者:
    and N. Mori
GaNのバンド構造に歪みが与える影響の強束縛近似法に基づく解析
基于强束缚近似法分析应变对GaN能带结构的影响
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    宮崎 航;田中 一;森 伸也
  • 通讯作者:
    森 伸也
Tight-binding and full-band Monte Carlo analysis of the strain effects in wurtzite GaN
纤锌矿 GaN 应变效应的紧束缚和全带蒙特卡罗分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    W. Miyazaki;H. Tanaka;and N. Mori
  • 通讯作者:
    and N. Mori
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    0
  • 作者:
    永溝 幸周;田中 一;森 伸也
  • 通讯作者:
    森 伸也
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  • 发表时间:
    2006
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    0
  • 作者:
    Sakamoto K;Tamamura Y;Katsube K;Yamaguchi A.;泉福英信;坂本 啓(共著);米田早織;坂本 啓(分担);米田早苗;米田早苗;田中一;落合邦康;落合邦康;田中 一;田村宗明;落合邦康;落合邦康;K. Ochiai;M. Tamura;H. Tanaka;K. Ochiai;M. Tamura;H. Tanaka;田中一;落合邦康;菊池邦好;落合邦康;K. Ochiai;T. Kurita-Ochiai;天野修(編)落合邦康
  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2007
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Sakamoto K;Tamamura Y;Katsube K;Yamaguchi A.;泉福英信;坂本 啓(共著);米田早織;坂本 啓(分担);米田早苗;米田早苗;田中一;落合邦康;落合邦康;田中 一;田村宗明;落合邦康;落合邦康;K. Ochiai;M. Tamura;H. Tanaka;K. Ochiai;M. Tamura
  • 通讯作者:
    M. Tamura
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  • 发表时间:
    2021
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    0
  • 作者:
    原 征大;田中 一;金子 光顕;木本 恒暢
  • 通讯作者:
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