Modeling the dynamic properties of iii-nitrides in strong electric fields

Eastern-European Journal of Enterprise Technologies

View Publication Info
 
 
Field Value
 
Title Modeling the dynamic properties of iii-nitrides in strong electric fields
Моделирование динамических свойств iii-нитридов в сильных электрических полях
Моделювання динамічних властивостей iii-нітридів у сильних електричних полях
 
Creator Kulikov , Kostyantyn
Moskaliuk , Vladimir
Timofeyev, Vladimir
 
Subject III-нітриди
механізми розсіювання
релаксація
балістичний транспорт
динамічні характеристики
гранична частота
III-nitrides
dispersion mechanisms
relaxation
ballistic transport
dynamic characteristics
limit frequency
III-нитриды
механизмы рассеяния
релаксация
баллистический транспорт
динамические характеристики
граничная частота
 
Description This paper proposes a method of modeling the dynamic properties of multi-valley semiconductors. The model is applied to the relevant materials GaN, AlN, and InN, which are now known by the general name of III-nitrides. The method is distinguished by economical use of computational resources without significant loss of accuracy and the possibility of application for both dynamic time-dependent tasks and the fields variable in space.
The proposed approach is based on solving a system of differential equations, which are known as relaxation ones, and derived from the Boltzmann kinetic equation in the approximation of relaxation time by the function of distribution over k-space. Unlike the conventional system of equations for the concentration of carriers, their pulse and energy, we have used, instead of the energy relaxation equation, an equation of electronic temperature as a measure of the energy of the chaotic motion only. Relaxation times are defined not as integral values from the static characteristics of the material but the averaging of quantum-mechanic speeds for certain types of scattering is used. Averaging was carried out according to the Maxwellian distribution function in the approximation of electronic temperature, as a result of which various mechanisms of dispersion of carriers are taken into consideration through specific relaxation times. The system of equations includes equations in partial derivatives from time and coordinates, which makes it possible to investigate the pulse properties of the examined materials. In particular, the dynamic effect of the "overshoot" in drift velocity and a spatial "ballistic transport" of carriers.
The use of Fourier transforms of pulse dependence of the drift carrier velocity to calculate maximum conductivity frequencies is considered. It has been shown that the limit frequencies are hundreds of gigahertz and, for aluminum nitride, exceed a thousand gigahertz
Предложен метод моделирования динамических свойств многодолинных полупроводников. Модель применена к актуальным материалам GaN, AlN и InN, которые сейчас известны под обобщающим названием III-нитриды. Метод отличается экономным использованием вычислительных ресурсов без существенных потерь точности и возможностью применения как для динамических задач во времени, так и переменных в пространстве полей.
Предложенный подход базируется на решении системы дифференциальных уравнений, которые известны как релаксационные и получены из кинетического уравнения Больцмана в приближении времени релаксации по функции распределения по k-пространству. В отличие от традиционной системы уравнений для концентрации носителей, их импульса и энергии использовано вместо уравнения релаксации энергии уравнение для электронной температуры как меры энергии только хаотического движения. Времена релаксации определяются не как интегральные значения из статических характеристик материала, а использовано усреднение квантовомеханических скоростей для отдельных видов рассеяния. Усреднения проводилось по максвелловской функции распределения в приближении электронной температуры, в результате чего учитываются различные механизмы рассеяния носителей через специфические времена релаксации. Система уравнений включает уравнения в частных производных по времени и координатам, что дает возможность исследовать импульсные свойства рассмотренных материалов. В частности, динамический эффект «всплеска» дрейфовой скорости и пространственный «баллистический транспорт» носителей.
Рассматривается использование преобразования Фурье импульсной зависимости дрейфовой скорости носителей для вычисления максимальных частот проводимости. Показано, что предельные частоты составляют сотни гигагерц, а для нитрида алюминия превышают тысячу гигагерц
Запропоновано метод моделювання динамічних властивостей багатодолинних напівпровідників. Модель застосована до актуальних матеріалів GaN, AlN і InN, які зараз відомі під узагальнюючою назвою III-нітриди. Метод відрізняється економним використанням обчислювальних ресурсів без істотних втрат точності і можливістю застосування як для динамічних задач у часі, так і змінних у просторі полів.
Запропонований підхід базується на вирішенні системи диференціальних рівнянь, які відомі як релаксаційні і отримані з кінетичного рівняння Больцмана в наближенні часу релаксації по функції розподілу по k-простору. На відміну від традиційної системи рівнянь для концентрації носіїв, їх імпульсу і енергії використано замість рівняння релаксації енергії рівняння для електронної температури як міри енергії тільки хаотичного руху. Часи релаксації визначаються не як інтегральні значення із статичних характеристик матеріалу, а використано усереднення квантовомеханічних швидкостей для окремих видів розсіювання. Усереднення проводилося за максвеллівською функцією розподілу в наближенні електронної температури, в результаті чого враховуються різні механізми розсіювання носіїв через специфічні часи релаксації. Система рівнянь включає рівняння в частинних похідних за часом і координатами, що дає можливість досліджувати імпульсні властивості розглянутих матеріалів. Зокрема, динамічний ефект «сплеску» дрейфової швидкості і просторовий «балістичний транспорт» носіїв.
Розглядається використання перетворення Фур’є імпульсної залежності дрейфової швидкості носіїв для обчислення максимальних частот провідності. Показано, що граничні частоти складають сотні гігагерців, а для нітриду алюмінію перевищують тисячу гігагерців
 
Publisher PC Technology Center
 
Date 2021-02-26
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
 
Format application/pdf
 
Identifier http://journals.uran.ua/eejet/article/view/225733
10.15587/1729-4061.2021.225733
 
Source Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Vol. 1 No. 5 (109) (2021): Applied physics; 37-52
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 1 № 5 (109) (2021): Прикладная физика; 37-52
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 1 № 5 (109) (2021): Прикладна фізика; 37-52
1729-4061
1729-3774
 
Language eng
 
Relation http://journals.uran.ua/eejet/article/view/225733/225589
 
Rights Copyright (c) 2021 Константин Вячеславович Куликов , Владимир Александрович Москалюк , Владимир Иванович Тимофеев
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0
 

Contact Us

The PKP Index is an initiative of the Public Knowledge Project.

For PKP Publishing Services please use the PKP|PS contact form.

For support with PKP software we encourage users to consult our wiki for documentation and search our support forums.

For any other correspondence feel free to contact us using the PKP contact form.

Find Us

Twitter

Copyright © 2015-2018 Simon Fraser University Library