GaN/AlGaN HEMT yapılarda saçılma mekanizmaları

Abstract

IBu çalışmada, GaN/AlGaN arayüzeyinde oluşan 2 boyutlu elektron gazının (2BEG) Hail mobilitesine, başlıca saçılma mekanizmaları olan dislokasyon, deformasyon potansiyel yoluyla akustik fonon (DP), piezoelektrik (PE), polar optiksel fonon (LO) ve iyonize olmuş safsızlık saçılmalarının etkileri incelenmiştir. Deneysel sonuçlarla teorik sonuçları karşılaştırmak için, üçgen kuantum çukuru içine hapsolan elektronlara ait 2 boyutlu dejenere istatistiği kullanılmıştır. Teorik sonuçlar, yüksek sıcaklıklarda elektron mobilitesinin, fonon etkileşmelerinden olan optiksel fononlardan, şiddetli biçimde etkilendiğini göstermiştir. Ara sıcaklık değerlerinde deformasyon potansiyel akustik fonon ve piezoelektrik saçılmaları elektron mobilitesini sınırlayan baskın saçılma mekanizmalarıdır. Düşük sıcaklıklarda ise iyonize safsızlıklardan kaynaklanan saçılmalar elektron mobilitesini sınırlamaktadır. Ayrıca düşük sıcaklıklarda, 2BEG mobilitesinin yüksek dislokasyon yoğunluklarından etkilendiği gözlenmiş ve teorik olarak yüklü dislokasyonlardan saçılma için taşıma ve kuantum durulma sürelerinin oranlan incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, safsızlık saçılması ile karşılaştırılmış ve yüklü dislokasyon saçılmasının, iyonize olmuş safsızlık saçılmasından daha baskın olduğu bulunmuştur.

n this work, the effect of all standard mechanisms, including scattering by dislocation, deformation potantial acoustic phonon (DP), piezoelectric (PE), polar optical phonon (LO) and ionized impurities, on Hall mobility of 2 dimensional electron gas (2DEG) formed at a GaN/AlGaN interface was investigated. In order to compare experimental results with the theory, 2 dimensional degenerate statistics have been used for a 2DEG confined in a triangular well. Theoretical results showed that electron mobility was mainly affected by optical phonon interactions at high temparatures. At intermediate temperatures, deformation potential acoustic phonon and piezoelectric scattering were dominant scattering mechanisms limiting the electron mobility. Scattering arising from ionized impurities limited the electron mobility at low temperatures. Besides, it has been realized that 2DEG mobility was affected by the high density of dislocations at low temperatures. We have also investigated theoretically the transport to quantum lifetime ratios for charged dislocations. We compared the results with impurity scattering and found the effect to be stronger for charged dislocation scattering.