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直接带隙半导体中的声子辅助隧穿

DOI：10.1063/1.5044256 期刊：Journal of Applied Physics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 在隧道场效应晶体管中，陷阱辅助隧穿（TAT）是导致亚阈值摆幅退化的可能原因之一。要精确量子力学（QM）评估TAT电流，也需要对声子辅助隧穿（PAT）电流进行QM处理。因此，我们在量子透射边界方法框架内提出了多带PAT电流形式体系。采用包络函数近似法构建了对应直接带隙III-V半导体中基于局域Fr?hlich声子辅助带间隧穿的电子-声子耦合项。我们使用该形式体系的2带和15带材料描述，研究了长达100纳米、宽达20纳米的p-n结二极管中的PAT电流密度。观测到隧穿结区存在低效的电子-声子耦合。进一步展示了PAT电流对本形式体系器件长度的依赖性——该非自洽形式体系忽略了电子-声子耦合导致的电子分布函数变化。最后讨论了直接带间隧穿与PAT电流在掺杂依赖性方面的差异。
作者： Mazharuddin Mohammed，Anne S. Verhulst，Devin Verreck，Maarten L. Van de Put，Wim Magnus，Bart Sorée，Guido Groeseneken
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为建立直接带隙半导体中声子辅助隧穿（PAT）电流的量子力学模型，作为精确评估隧道场效应晶体管中陷阱辅助隧穿的步骤。

研究成果

多带PAT形式体系具有计算高效性，适用于直接带隙器件。PAT电流与带间隧穿电流相当，由于基函数宇称差异导致隧穿结区电子-声子耦合效率较低。PAT电流密度随器件长度增加而增大并呈现掺杂依赖性，其受隧穿能量窗口及近隧穿区长度影响。未来研究应拓展至异质结构及多声子过程，以评估陷阱辅助隧穿效应。

研究不足

该形式体系缺乏自洽性，且忽略了电子-声子耦合导致的电子分布函数变化，这可能高估光辅助隧穿电流对器件长度的依赖性。计算资源限制了研究仅针对特定器件尺寸和能带模型。

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