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ZnS材料电子输运特性的Monte Carlo模拟

樊艳  
【摘要】:运用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟了ZnS材料电子的输运特性。模拟采用非抛物面多能谷模型描述能带结构,该能带结构包含导带的两个能量子带。模拟步骤主要包括建立ZnS材料的物理模型、计算散射率、确定电子运动的初始条件和状态、确定飞行时间、散射机制选择、散射最终态的选择以及模拟结果分析。散射机制包括声学声子散射,极性光学声子散射,能谷间散射,电离杂质散射,碰撞电离等散射机制,引入了自散射以简化飞行时间的计算。 模拟结果显示:在低场下,电子主要集中在Γ能谷,电子平均能量与电子热平衡能量基本相等,当电场强度增大至170 kV/cm时,电子平均漂移速度达到最大值1.454×107V/cm,当电场强度进一步增大,电子平均漂移速度随电场强度的增大反而下降,进入微分负阻区;电场强度增加,电子能量增大,电子获得足够能量向高能谷跃迁,发生谷间散射,Γ能谷电子数迅速减少,L,X,Z能谷电子数迅速增加,当电场强度达到1MV/cm时,L、X、Z能谷分布的电子数占总电子数的比例分别为:14.44%、19.32%和6.4%;在高场下,碰撞电离散射机制对电子输运过程有很大地影响,当电子能量达到阈值能量3.8 eV时,碰撞电离发生,碰撞电离率随电子能量增加逐渐增大;低场下,电子平均漂移迁移率大约在120cm2/V·s到170 cm2/V·s之间。 本研究非抛物面多能谷Monte Carlo方法模拟结果与已报道的全带Monte Carlo方法模拟结果吻合得很好,但比全带模型计算更简单,应用范围更广,可以应用到类似结构的半导体材料当中。


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