بررسي پراكندگي محدود كننده تحرك در نانو سيم نيمه هادي كوانتومي گاليوم ارسنايد

Investigation Of Scattering -Limeted Mobility In Gallium Aresenide Semiconductor Quantum Nanowire

در اين مقاله، مي‌خواهيم پراكندگي غالب و محدود كننده تحرك در يك دستگاه نيمه‌هادي يك بعدي مانند نانوسيم گاليوم آرسنايد را مطالعه كنيم. ابتدا برهمكنش الكترون فونون را در يك دستگاه نيمه‌هادي يك بعدي توصيف و سپس با استفاده از تابع موج صفحه‌اي بعضي از پراكندگي‌ها در اين دستگاه برحسب كميت‌هايي نظير چگالي حامل‌هاي يك بعدي و دما مورد بررسي قرار مي‌دهيم. اين پراكندگي‌ها شامل پراكندگي فونوني نظير پراكندگي فونون‌هاي اكوستيكي از طريق جفت شدگي پتانسيل تغيير شكل، پراكندگي فونون‌هاي اكوستيكي از طريق جفت‌شدگي پيزوالكتريك و پراكندگي فونون‌هاي اپتيكي قطبي بوده كه ابتدا محاسبه و سپس رسم كرده‌ايم. همچنين نشان داده‌ايم كه پراكندگي محدود كننده تحرك حامل‌ها در گستره‌ي دماهاي پايين و بالا به ترتيب، پراكندگي فونون اكوستيكي پتانسيل تغيير شكل و پراكندگي فونون اپتيكي طولي قطبي مي‌باشد. با افزايش چگالي خطي حامل و شعاع نانوسيم تحرك حامل ها به ازاي يك دماي معين افزايش مي يابد. پراكندگي غالب در گستره دمايي (K300 -4) پتانسيل تغيير شكل بوده و مستقل از چگالي خطي و شعاع نانوسيم است. براي شعاع و چگالي خطي بالاي نانوسيم پراكندگي غالب در گستره دمايي (K500-300) پراكندگي فونون اپتيكي قطبي مي‌باشد.

In this work, we aim to investigate the dominant scattering and mobility limiting in a one-dimensional semiconductor device, such as gallium arsenide nanowire. First, the interaction of phonon-electron in a one-dimensional semiconductor device is described and then, using the sheet wave function, some of the carrier scatterings of this system is investigated in terms of quantities such as the density of one-dimensional carriers and temperature. These scatterings include phonon scattering, such as the scattering of acoustic phonons, through the deformation potential coupling, the scattering of acoustic phonons by piezoelectric coupling and the scattering of polar optical phonons, which we first computed and then plotted. We have shown that the mobility limited scattering of carriers in the range of low and high temperatures are acoustic phonon deformation potential scattering and polar longitudinal optical phonon scattering respectively. By increase of linear carrier concentration and nanowire radius the mobility of carriers is enhanced in a given temperature. The dominant scattering in the temperature range (4-300K) is deformation potential and is independent of the carrier concentration and nanowire radius. For high carrier density and nanowire radius the dominant scattering in the temperature range (300-500K) is polar optical phonon scattering.