Планарні гібридні гетероструктури на основі напівпровідникової системи моношар - GaN
Анотація
Актуальність. Графеноподібні двовимірні (2D) матеріали розглядаються, як найбільш перспективні для створення майбутньої елементної бази електроніки. Взаємодії між шарами двовимірних матеріалів не обмежені хімічним зв’язком і узгодженням міжфазної решітки, що створює умови для формування гетеропереходів як із різних 2D матеріалів, так і утворення гібридних 2D/3D гетеропереходів, які мають багато унікальних характеристик і можливостей для застосування. Вивчення гетеропереходів 2D/3D та можливостей їх використання як елементів приладів електроніки для покращення або зміни їх властивостей є однією з актуальних задач.
Метою роботи є визначення характеристик планарних діодів на основі об’ємних матеріалів (GaN), в яких моношари виступають в ролі конструктивних елементів, утворюючи 2D/3D гетероперехід з каналом діода.
Методи і методологія. Проводиться математичне моделювання процесів переносу зарядів з використанням двовимірної моделі планарного діода з використанням багатокомпонентного методу Монте-Карло Переходи за участю фононів розглядаються як основний механізм перерозподілу носіїв заряду між областями різної розмірності. Аналізується використання каналу на основі дихалькогеніту молібдену (MoS2), що утворює гетероперехід з GaN - каналом діода. Аналізуються особливості формування областей просторового заряду на 2D/3D – гетерограниці. Визначаються статичні характеристики діодів.
Результати. Отримано розподіли носіїв заряду в каналі діода, у відповідності до співвідношення концентрації легуючої домішки в моношарі і каналі. Досліджено вплив моношару на середню концентрацію електронів в каналі. Отримані залежності струму в діоді з моношаром від прикладеної напруги. Встановлено, що суттєвий вплив на процеси переносу заряду в каналі діода можна досягнути за умови, коли рівень легування каналу на основі GaN не перевищує 4·1022 м-3.
Висновки. Визначальними факторами, які впливають на загальний струм планарного діода з 3D/2D гетеропереходом є параметри об’ємної частини діода: ширина каналу і рівень його легування , які проявляється у появі збідненого шару GaN, що межує з моношаром.
Завантаження
Посилання
Botsula OV, Pryhodko KH, Zozulia VO. Monte Carlo Modeling of the Diodes with Lateral Resonant Tunneling Border. 2018 9-th International Conference on Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals (UWBUSIS). 2018 Sep 4. https://doi.org/10.1109/UWBUSIS.2018.8520067
Botsula OV, Zozulia VO. Generation of THz Oscillations by Diodes with Resonant Tunneling Boundaries, Journal of Nano- and Electronic Physics. 2020 Dec; 12(6): 06037-1– 4. https://doi.org/10.21272/jnep.12(6).06037
Xu KY, Wang G, Song AM. Gunn oscillations in a self-switching nanodiode, Applied Physics Letters. 2008 Dec; 93(23): 233506-1 – 3. https://doi.org/10.1063/1.3042268
Wang J, Li Z, Chen H, Deng G, Niu X. Recent Advances in 2D Lateral Heterostructures, Nano-Micro Letters. 2019 Jun; 11(1): 48-1 – 31. https://doi.org/10.1007/s40820-019-0276-y
Gupta P, Rahman AA, Subramanian S, et al. Layered transition metal dichalcogenides: promising near-lattice-matched substrates for GaN growth, Scientific Reports. 2016 Mar: 6; 23708-1 –8. https://doi.org/10.1038/srep23708
Zhang Z, Qian Q, Li B, Chen KJ. Interface Engineering of Monolayer MoS2/GaN Hybrid Heterostructure: Modified Band Alignment for Photocatalytic Water Splitting Application by Nitridation Treatment, ACS Applied Materials & Interfaces. 2018 May: 10(20): 1 – 21. https://doi.org/10.1021/acsami.8b01286
Ruzmetov D, Zhang K, Stan G, Kalanyan B, Bhimanapati GP. Vertical 2D/3D Semiconductor Heterostructures Based on Epitaxial Molybdenum Disulfide and Gallium Nitride, ACS Nano. 2016 Mar: 10(3); 3580 – 88. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b08008
Jeong H, Bang S, Oh H, et al. Semiconductor–Insulator–Semiconductor Diode Consisting of Monolayer MoS2, H-BN, and GaN Heterostructure, ACS Nano. 2015 Oct: 9(10); 10032 – 38. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b04233
Tangi M, Mishra P, et al. Determination of Band Offsets at GaN/single-Layer MoS2 Heterojunction, Applied Physics Letters. 2016 Aug: 109; 032104-1 – 5. https://doi.org/10.1063/1.4959254
Tangi M, Mishra P, Tseng CC, et al. Band Alignment at GaN/Single-Layer WSe 2 Interface, ACS Applied Materials & Interfaces. 2017 Feb: 9(10); 1 – 30. https://doi.org/10.1021/acsami.6b15370
Lee EW, Lee CH, Paul PK, et al. Layer-Transferred MoS2/GaN PN Diodes, Applied Physics Letters. 2015 May:107(10); 103505-1 – 4. https://doi.org/10.1063/1.4930234
Henck H, et al. Interface Dipole and Band Bending in Hybrid p-n Heterojunction MoS2/GaN(0001), Physical Review B. 2017 Sep: 96; 115312-1 – 7. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.115312
Wang J, Shu H, Liang P, Wang N, Cao D, Chen X. Thickness-Dependent Phase Stability and Electronic Properties of GaN Nanosheets and MoS2/GaN van der Waals Heterostructures, Journal of Physical Chemistry C. 2019 Jan: 123; 3861−3867. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b10915
Poudel Y, Sławińska J, Gopal P, et.al. Absorption and emission modulation in a MoS2–GaN (0001) heterostructure by interface phonon–exciton coupling, Photonics Research. 2019 Dec: 7(12); 1511 – 20. https://doi.org/10.48550/arXiv.1906.03899
Botsula O, Prykhodko K, Zozulia V. Modeling of Planar 2D/3D Semiconductor Heterostructures Based on MoS2/GaN Junction. 2022 IEEE Ukrainian Microwave Week (UkrMW), 2022 Nov 14. https://doi.org/10.1109/UkrMW58013.2022.10037030
Fischetti MV, O’Regan TP, Narayanan S, Sachs C. Theoretical Study of Some Physical Aspects of Electronic Transport in nMOSFETs at the 10-nm Gate-Length, IEEE Transactions On Electron Devices. 2007 Oct: 54(9); 2116 – 2136. https://doi.org/10.1109/TED.2007.902722
Dawes JM, Sceats MG. Electron trapping in quantum-well structures, Physical Review B. 1987 Dec: 36(18); 9604 – 11. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.36.9604
Kannan ES, Kim1 GH, Farrer I, Ritchie DA. Charge trapping in a double quantum well system, Journal Of Physics: Condensed Matter. 2008 Oct: 20; 455206-1 – 4. https://doi.org/10.1088/0953-8984/20/45/455206
Su WB, Lu SM, Jeng HT, et al. Observing quantum trapping on MoS2 through the lifetimes of resonant electrons: revealing the Pauli exclusion principle, Nanoscale Advances. 2020 Nov: 2; 5848 – 56. https://doi.org/10.1039/D0NA00682C
Laux SE. On particle-mesh coupling on Monte Carlo device simulation, IEEE Transactions on computer-aided design of integrated circuits and systems. 1996 Dec: 15(10); 1266 – 77. https://doi.org/10.1109/43.541446
Joppich W, Mijalkovic S. Multigrid Methods for Process simulation. Springer; 1993.
Peng B, Wei Z, Jiantao Q, Zhang ZW. Two-Dimensional MX2 Semiconductors for Sub-5 nm Junctionless Field Effect Transistors, Materials. 2018 Mar: 11(3); 430-1 – 430-9. https://doi.org/10.3390/ma11030430
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
