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

• 批准号: 21K14195
• 负责人: 田中 一
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Osaka University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14195/
• 关键词: モンテカルロ; 高電界; 衝突イオン化; ワイドギャップ半導体; キャリア輸送; シミュレーション

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。

This study aims to investigate the theoretical model of carbonization, oxidation, acidification and transport characteristics of high voltage semiconductor materials. In 2022, we used the polar optical scattering method to investigate the scattering effect. Strong Binding Approximation for Electron Transport and First-Principles Calculation for Basic Structure Analysis The temperature dependence of mobility in the low and high voltage regions is reproduced in the low and high voltage regions. The results of the previous study were reported in the first principle calculation, and the complex scattering process was considered in the first principle calculation. The anisotropy of the collision coefficient is explained by the difference between structure and anisotropy. The analysis of electron transport in high electric field. In this study, the electronic state is described by the strong binding approximation method, and the information about the ratio is obtained. In case of distortion, distortion, dispersion, description, adjustment, mobility in low electric field and conflict coefficient in high electric field, reproduction, etc. The analysis of the dependence of the correlation coefficient between the calculation and the calculation of the correlation coefficient

项目成果

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: Japanese Journal of Applied Physics
• 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

• 发表时间: 2021
• 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: Journal of Applied Physics
• 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

• 发表时间: 2022
• 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

• 发表时间: 2022
• 作者: W. Miyazaki;H. Tanaka;and N. Mori
• 通讯作者: and N. Mori