Математичний аналіз особливостей радіального p-n переходу: вплив температури та концентрації
Анотація
У цій статті аналітично досліджуються електрофізичні характеристики радіальних гетеропереходів GaAs/Si в діапазоні температур від 50 K до 500 K з кроком 50 K, з урахуванням різних концентрацій домішок. Аналіз охоплює звуження зони провідності (BGN), вбудований потенціал, різницю в ширині забороненої зони між GaAs та Si, а також характеристики ємності-напруги (C-V). Особливу увагу приділено оболонковим радіусам 0,5 мкм та 1 мкм у цій структурі. Було виявлено, що товщина збідненої області радіального гетеропереходу GaAs/Si збільшується з підвищенням температури. Коли концентрація домішок змінюється з 2∙1015 до 2∙1018, BGN зменшується на 2 meV. Ємність радіального гетеропереходу GaAs/Si збільшується на 3 nF при підвищенні температури з 50 K до 500 K. Крім того, вбудований потенціал радіального гетеропереходу GaAs/Si зменшується на 1,5 вольта з підвищенням температури. Отримані аналітичні результати були порівняні з експериментальними даними та відкалібровані.
Завантаження
Посилання
R. Elbersen, R.M. Tiggelaar, A. Milbrat, G. Mul, H. Gardeniers, and J. Huskens, “Controlled Doping Methods for Radial p/n Junctions in Silicon,” Advanced Energy Materials, 5(6), 1401745 (2014). https://doi.org/10.1002/aenm.201401745
E. Gnani, A. Gnudi, S. Reggiani, and G. Baccarani, “Theory of the Junctionless Nanowire FET,” IEEE Trans. Electron Devices, 58(9), 2903 (2011). https://doi.org/10.1109/TED.2011.2159608
J.Sh. Abdullayev, and I.B. Sapaev, “Optimization of The Influence of Temperature on The Electrical Distribution of Structures with Radial p-n Junction Structures,” East Eur. J. Physics, (3), 344-349 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-3-39
J.Sh. Abdullayev, and I.B. Sapaev, “Optimizing the Influence of Doping and Temperature on The Electrophysical Features of p-n and p-i-n Junction Structures,” Eurasian Physical Technical Journal, 21(3(49), 21–28 (2024). https://doi.org/10.31489/2024No3/21-28
J.Sh. Abdullayev, “Influence of Linear Doping Profiles on the Electrophysical Features of p-n Junctions,” East Eur. J. Phys. (1), 245-249 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-26
O.V. Pylypova, A.A. Evtukh, P.V. Parfenyuk, I.I. Ivanov, I.M. Korobchuk, O.O. Havryliuk, and O.Yu. Semchuk, “Electrical and optical properties of nanowires based solar cell with radial p-n junction,” Opto-Electronics Review, 27(2), 143 (2019). https://doi.org/10.1016/j.opelre.2019.05.003
R. Ragi, R.V.T. da Nobrega, U.R. Duarte, and M.A. Romero, “An Explicit Quantum-Mechanical Compact Model for the I-V Characteristics of Cylindrical Nanowire MOSFETs,” IEEE Trans. Nanotechnol. 15(4), 627 (2016). https://doi.org/10.1109/TNANO.2016.2567323
R.D. Trevisoli, R.T. Doria, M. de Souza, S. Das, I. Ferain, and M.A. Pavanello, “Surface-Potential-Based Drain Current Analytical Model for Triple-Gate Junctionless Nanowire Transistors,” IEEE Trans. Electron Devices, 59(12), 3510 (2012). https://doi.org/10.1109/TED.2012.2219055
N.D. Akhavan, I. Ferain, P. Razavi, R. Yu, and J.-P. Colinge, “Improvement of carrier ballisticity in junctionless nanowire transistors,” Appl. Phys. Lett. 98(10), 103510 (2011). https://doi.org/10.1063/1.3559625
J.Sh. Abdullayev, and I.B. Sapaev, “Modeling and calibration of electrical features of p-n junctions based on Si and GaAs,” Physical Sciences and Technology, 11, 3-4 39–48 (2024). https://doi.org/10.26577/phst2024v11i2b05
J.Sh. Abdullayev, and I.B. Sapaev, “Factors Influencing the Ideality Factor of Semiconductor p-n and p-i-n Junction Structures at Cryogenic Temperatures,” East Eur. J. Phys. (4), 329-333 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-37
A.V. Babichev, H. Zhang, P. Lavenus, F.H. Julien, A.Y. Egorov, Y.T. Lin, and M. Tchernycheva, “GaN nanowire ultraviolet photodetector with a graphene transparent contact,” Applied Physics Letters, 103(20), 201103 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4829756
D.H.K. Murthy, T. Xu, W.H. Chen, A.J. Houtepen, T.J. Savenije, L.D.A. Siebbeles, et al., “Efficient photogeneration of charge carriers in silicon nanowires with a radial doping gradient,” Nanotechnology, 22(31), 315710 (2011). https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/31/315710
B. Pal, K.J. Sarkar, and P. Banerji, “Fabrication and studies on Si/InP core-shell nanowire based solar cell using etched Si nanowire arrays,” Solar Energy Materials and Solar Cells, 204, 110217 (2020). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2019.110217
I. Aberg, G. Vescovi, D. Asoli, U. Naseem, J.P. Gilboy, C. Sundvall, and L. Samuelson, “A GaAs Nanowire Array Solar Cell With 15.3% Efficiency at 1 Sun,” IEEE Journal of Photovoltaics, 6(1), 185 (2016). https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2015.2484967
J. Sh. Abdullayev, I. B. Sapaev, Kh. N. Juraev, “Theoretical analysis of incomplete ionization on the electrical behavior of radial p-n junction structures,” Low Temp. Phys. 51, 60–64 (2025), https://doi.org/10.1063/10.0034646
J.Sh. Abdullayev, and I.B. Sapaev, “Analytic Analysis of the Features of GaAs/Si Radial Heterojunctions: Influence of Temperature and Concentration,” East Eur. J. Phys. (1), 204-210 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-21
O. Toktarbaiuly, M. Baisariyev, A. Kaisha, T. Duisebayev, N. Ibrayev, T. Serikov, M. Ibraimov, et al., “Enhancement of Power Conversion Efficiency of Dye-Sensitized Solar Cells Via Incorporation of Gan Semiconductor Material Synthesized in Hot-Wall Chemical Vapor Deposition Furnace,” Eurasian Physical Technical Journal, 21(4(50), 131–139 (2024). https://doi.org/10.31489/2024No4/131-139
M.Sh. Isaev, A.I. Khudayberdieva, M.N. Mamatkulov, U.T. Asatov, and S.R. Kodirov, “The Surface Layer Morphology of Si Samples,” East Eur. J. Phys. (4), 297–300 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-32
L. Olimov, and I. Anarboyev, “Some Electrophysical Properties of Polycrystalline Silicon Obtained in a Solar Oven,” Silicon, 14, 3817–3822 (2022). https://doi.org/10.1007/s12633-021-01596-1
L. Olimov, and I. Anarboyev, “Mechanism of thermoelectric material efficiency increase,” AIP Conf. Proc. 3244, 060015 (2024). https://doi.org/10.1063/5.0242092
I. Sapaev, I.B. Sapaev, et. al., “Influence of the parameters to transition capacitance at NCDS-PSI heterostructure,” E3S Web Conf., 383, 04022 (2023). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202338304022
A.T. Mamadalimov, M.Sh. Isaev, M.N. Mamatkulov, S.R. Kodirov, and J.T. Abdurazzokov, “Study of Silicide Formation in Large Diameter Monocrystalline Silicon,” East Eur. J. Phys. (2), 366-371 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-2-45
M.S. Isaev, U.T. Asatov, M.A. Tulametov, S.R. Kodirov, and A.E. Rajabov, “Study of the Inhomogeneities of Overcompensed Silicon Samples Doped with Manganese,” East Eur. J. Phys. (2), 341-344 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-2-40
Авторське право (c) 2025 Й.Ш. Абдуллаєв, І.Б. Сапаєв, Н.Ш. Есанмурадова, Ш.М. Кулієв, С.Р. Кадиров
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
