ZnO基半导体及MESFET器件特性的MonteCarlo研究

摘要

近年来，宽禁带半导体材料ZnO及其三元化合物ZnMgO凭借其独特的光学、电学特性受到了研宄人员的广泛关注，是当前光电子和光通信器件领域研宄的热点课题之一。论文在对两种新型半导体材料能带结构第一性原理计算的基础上，考虑到不同散射机制的影响，分别建立了适于模拟ZnO和ZnMgO输运特性的三能谷Monte Carlo模型，对材料的稳态和瞬态输运特性进行了深入研宄。在此基础上，考虑到表面态的影响，首次建立了适于模拟ZnO MESFET器件特性的Monte Carlo模型，深入探讨了表面态对器件直流特性的影响。具体内容如下：
　　1.基于第一性原理计算分别得到了ZnO和ZnMgO的能带结构及相关参数，在此基础上，考虑到电离杂质散射、声学声子散射、极性光学波散射、谷间散射以及合金散射等各种散射机制的影响，建立了适于研宄ZnO和ZnMgO输运特性的三能谷Monte Carlo数值模型，进而得到了稳态条件下电子速度随电场、迀移率随Mg含量以及瞬态条件下速度随时间的变化等输运特性。
　　2.设计了ZnO MESFET的器件结构，在此基础上，考虑到ZnO的能带结构和材料特性，建立了用于模拟器件特性的二维Monte Carlo模型，通过跟踪电子在器件中的输运过程，求解泊松方程，获得了器件内部的电势、电场分布，电子速度分布以及电流电压特性。进而，在均匀分布界面态模型的基础上，研宄了栅源和栅漏之间存在的表面陷阱对MESFET器件输出特性的影响。
　　论文研宄为研制高质量、高性能的ZnO、ZnMgO基光电子、光通信器件提供了一定参考。

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第一章绪论

1 .1研究背景及意义

1 .2国内外相关课题的研究进展

I .3论文的主要研宄内容

第二章ZnO和ZnMgO的基本结构与性质及Monte Carlo模型

2.1 ZnO的基本结构与特性

2.2 ZnMgO的基本结构和性质

2.3 Monte Carlo模型在半导体中的应用

2 .4本章小结

第三章ZnO及ZnMgO材料电子输运特性的Monte Carlo模拟

3 .1能带结构

3 .2散射机制

3.3 ZnO输运特性MC数值研究

3.4 ZnMgO的输运特性研宄

3 .5本章小结

第四章ZnO MESFET器件特性的二维Monte Carlo模拟

4.1 ZnO MESFET器件结构

4.2 Monte Carlo 算法流程

4 .3模拟结果与分析

4 .4本章小结

第五章总结与展望

参考文献

致谢

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