Моделирование процессов переноса электронов в полупроводниковой структуре с использованием графена и нитрида бора

Приведены результаты моделирования процессов переноса электронов в трехмерной полупроводниковой структуре, содержащей графен и слои гексогонального нитрида бора, с использованием метода Монте – Карло. Графен рассматривается в настоящее время как один из наиболее перспективных материалов для создания новых полупроводниковых приборов в высокочастотных диапазонах работы. Использование графена, который обладает высокой подвижностью носителей заряда, высокой теплопроводностью и рядом других положительных свойств, позволяет разработать новые полупроводниковые приборы с хорошими выходными характеристиками. Путем моделирования получены основные характеристики переноса электронов – зависимости скорости, средней энергии, подвижности от напряженности электрического поля в полупроводниковой структуре, содержащей слой графена и области из нитрида бора. Моделирование процессов переноса электронов производилось с учетом изменения температуры слоев графена и нитрида бора, что наблюдается с увеличением напряженности электрического поля в структуре. Анализ полученных зависимостей показал, что при небольших значениях напряженности электрического поля, которые не превышают величину, равную приблизительно 2,5 кВ/см, наблюдается нелинейное изменение температуры структуры. При более значительных значениях напряженности электрического поля отмечается квазилинейное изменение температуры. Аналогичный вид зависимостей наблюдается и для зависимостей средней энергии электронов от напряженности электрического поля, полученных для слоя графена. Полученные зависимости характеристик переноса электронов могут служить основой для определения выходных характеристик в многослойных полупроводниковых приборах, содержащих слои графена, гексогонального нитрида бора и других материалов.

графен, нитрид бора, процессы переноса электронов, метод Монте – Карло

1. Stolyarov M., Liu G., Shur M., Balandin A. Suppression of 1/f in near-ballistic h-BN-graphene-h-BN heterostructure field-effect transistors. Applied Physics Letters. 2015;107:023106. DOI.org/10.1063/1.4926872.

2. Lee K.H., Shin H.J., Lee J., Lee I.Y., Kim G.H., Choi J.Y., Kim S.W. Large-Scale Synthesis of High-Quality Hexagonal Boron Nitride Nanosheets for Large-Area Graphene Electronics. Nano Letters. 2012;12:714. DOI.org/10.1021/nl203635v. 3. Свинцов Д.А., Вьюрков В.В., Лукичев В.Ф., Буренков А., Охснер Р. Туннельные полевые транзисторы на основе графена. Физика и техника полупроводников. 2013;47(2):244-250.

3. Serov A.Y., Ong Z.-Y., Fischetti M.V., Pop E. Theoretical analysis of high-field transport in graphene on a substrate. Journal of Applied Physics. 2014;116:034507-1. DOI.org/10.1063/1.4884614.

4. Hockney R., Eastwood J. Numerical simulation using particles. М.; 1987.

5. Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия. Москва: Мир; 1991.

6. Yamoah M.A., Yang W., Pop E., Goldhaber-Gordon D. High Velosity in Graphene Encapsulated by Hexagonal Boron Nitride. Nano. 2017;11:9914-9919. DOI: 10.1021/acsnano.7b03878.

7. Wang J., Ma F., Sun M. A. Graphene, hexagonal boron nitride, and their heterostructures: properties and applications. RSA Advances. 2017;7:16801. DOI:10.1039/c7ra00260b.

8. Properties of advanced semiconductor materials: GaN, AiN, InN, BN, SiC, SiGe. Еd. by Levinshtin M.E., Rumyantsev S.L., Shur M.S. New Jork: John Wiley&Sons; 2001.

9. Муравьев В.В., Мищенко В.Н. Интенсивности рассеивания носителей заряда в графене, расположенном на подложке из гексогонального нитрида бора. Доклады БГУИР. 2019;7-8(126): 141-148. DOI: https://doi.org/10.35596/1729-7648-2019-126-8-141-148.

10. Муравьев В.В., Мищенко В.Н. Определение интенсивностей рассеивания электронов в одиночном слое графена. Доклады БГУИР. 2017;6(108):42-47.

11. Jyotsna C., Jing G. High-field transport and velocity saturation in graphene. Appl. Phys. Letters. 2009;95:023120. DOI.org/10.1063/1.3182740.

12. Tian F., Aniruddha K., Huili X., Debdeep J. High-field transport in two-dimensional graphene. Physical Review. 2011;B84:125450. DOI: 10.1103/PhysRevB.84.125450.