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ZnMgO/ZnO异质结构中二维电子气的研究

张阳 顾书林 叶建东 黄时敏 顾然 陈斌 朱顺明 郑有炓

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ZnMgO/ZnO异质结构中二维电子气的研究

张阳, 顾书林, 叶建东, 黄时敏, 顾然, 陈斌, 朱顺明, 郑有炓

Two-dimensional electron Gas in ZnMgO/ZnO heterostructures

Zhang Yang, Gu Shu-Lin, Ye Jian-Dong, Huang Shi-Min, Gu Ran, Chen Bin, Zhu Shun-Ming, Zhen You-Dou
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  • 论文根据ZnMgO/ZnO异质结构二维电子气的能带结构及相关理论模型, 采用一维Poisson-Schrodinger方程的自洽求解, 模拟计算了ZnMgO/ZnO异质结构中二维电子气的分布及其对ZnMgO势垒层厚度及Mg组分的依赖关系. 研究发现该异质结构中ZnMgO势垒层厚度存在一最小临界值: 当垒层厚度小于该临界值时, 二维电子气消失, 当垒层厚度大于该临界值时, 其二维电子气密度随着该垒层厚度的增加而增大; 同时研究发现ZnMgO势垒层中Mg组分的增加将显著增强其二维电子气的行为, 导致二维电子气密度的明显增大; 论文对模拟计算获得的结果与相关文献报道的实验结果进行了比较, 并从极化效应和能带结构的角度进行了分析和讨论, 给出了合理的解释.
    Based on the band structure and related theoretical model of two-dimensional electron gas (2DEG), the dependence of the distribution of 2DEG on the thickness of ZnMgO barrier and related Mg content in ZnMgO/ZnO heterostructures has been computed by self-consistently solving the coupled Schrodinger and Poisson equations. Computation results reveal a critical thickness of the ZnMgO barrier for 2DEG formation, with no 2DEG occurring as the barrier thickness is below the critical value. When the thickness is above the value, the density of the 2DEG increases linearly with the thickness of ZnMgO barrier and saturates finally. The density of the 2DEG also shows a strong dependence on the Mg content in the ZnMgO barrier, with an obvious increase obtained as the Mg content enhances. At the same time, we compare the computed results with experimental data reported in the references with a certain degree of consistence obtained. Explanations and discussions of the above comparison have been presented in the study from the views of polarization effects and band structure.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划 (批准号: 2011302003);国家自然科学基金 (批准号: 60990312, 61025020, 61274058);江苏省自然科学基金 (批准号: BK2011437)和江苏高校优势学科建设工程资助的课题.
    • Funds: Project Research supported by the State Key Program for Basic Research of China(Grant No. 2011CB302003), the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos. 61025020, 60990312, 61274058), the Basic Research Program of Jiangsu Province, China (Grant No. BK2011437), and the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions.
    [1]

    Xia Y J, Guan Z S, Qin H C, Li W Y 2011 Acta Phys. Sin. 40 580 (in Chinese) [夏玉静, 管自生, 秦洪春, 李伟英 2011 物理学报 40 580]

    [2]

    Tang Z K 2005 Acta Phys. Sin. 34 21 (in Chinese) [汤子康 2005 物理学报 34 21]

    [3]

    Chang Y Q, Ni S L, Long Y, Ye R C 2006 Acta Phys. Sin. 55 5409 (in Chinese) [常永勤, 倪赛力, 龙毅, 叶荣昌 2006 物理学报 55 5409]

    [4]

    Sasa S, Hayafuji T, Kawasaki M, Koike K, Yano M, Inoue M 2007 IEEE 28 543

    [5]

    Ohtomo A, Kawasaki M, Ohkubo, Koinuma H, Yasuda T, Segawa Y 1999 Appl. Phys. Lett. 75 980

    [6]

    Ye J D, Pannirselvam S, Lim S T, Bi J F, Sun X W, Lo GQ, Teo K L 2010 Appl. Phys. Lett. 97 111908

    [7]

    Ye J D, Lim S T, Michel B, Gu S L, Zheng Y D, Hark H T, Chennupati J, Sun X W, Kie L T 2012 Scientific Reports 2 533

    [8]

    Kong Y C, Zheng Y D, Chu R M, Gu S L 2003 Acta Phys. Sin. 52 1756 (in Chinese) [孔月婵, 郑有炓, 储荣明, 顾书林 2003 物理学报 52 1756]

    [9]

    Yu H T, Kevin F B 2002 J. Appl. Phys. 91 3730

    [10]

    Ma L, Wang Y, Yu Z P, Tian L L 2005 Research & Progress of SSE Solid State Electronics 25 172 (in Chinese) [祃龙, 王燕, 余志平, 田立林 2005 固体电子学研究与进展 25 172]

    [11]

    Liu F, Wang T, Yao J Q 2006 Science Technology and Engineering 23 4682 (in Chinese) [刘芳, 王涛, 姚建铨 2006 科学技术与工程 23 4682]

    [12]

    Zheng Z W, Shen B, Tang N, Zhang R, Shi Y, Zheng Y D, Gui Y S, Qiu Z J, Jiang C P, Guo S L, Chu Q H 2004 Acta Phys. Sin. 53 596 (in Chinese) [郑泽伟, 沈波, 唐宁, 张荣, 施毅, 郑有炓, 桂永胜, 仇志军, 蒋春萍, 郭少令, 褚君浩 2004 物理学报 53 596]

    [13]

    Kong Y C, Zheng Y D, Zhou C H, Deng Y Z, Gu S L, Shen P, Zhang R, Han P, Jiang R L, Shi Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 2320 (in Chinese) [孔月婵, 郑有炓, 周春红, 邓永桢, 顾书林, 沈波, 张荣, 韩平, 江若琏, 施毅 2004 物理学报 53 2320]

    [14]

    Liu H X, Lu F M, Wang Y H, Song D J, Wu Y 2011 Journal of Xidian University (Natural Science Edition) 38 147 (in Chinese) [刘红侠, 卢风铭 王勇淮, 宋大建, 武毅 2011 西安电子科技大学学报 (自然科学版 38 147]

    [15]

    Tampo H, Shibata H, Matsubara K, Yamada A, Fons P, Niki S 2006 Appl. Phys. Lett. 89 132113

    [16]

    Chen H, Gu S L, Liu J G, Ye J D, Tang K, Zhu S M, Zheng Y D 2011 Appl. Phys. Lett. 99 211906

    [17]

    Nakano M, Tsukazaki A, Ueno K, Gunji R Y, Ohtomo A, Fukumura T, Kawasaki M 2010 Appl. Phys. Lett. 96 052116

    [18]

    Park S H, Ahn D 2005 Appl. Phys. Lett. 87 253509

    [19]

    Chen X Y, Fang F, Ng A M C, Aleksandra B D, Cheah K W, Ling C C, Chan W K, Fong P W K, Lui H F, Surya C 2011 J. Appl. Phys. 109 084330

    [20]

    Wood C, Jena D 2008 Polarization Effects in Semiconductors From Ab Initio Theory to Device Applications (New York: Springer) p14-86

    [21]

    Kong Y C 2007 Ph. D. Dissertation (Nanjing: Nanjing University) (in Chinese) [孔月婵 2007 博士学位论文 (南京: 南京大学)]

    [22]

    Tan I H, Snider G L, Chang L D, Hu E L 1990 J. Appl. Phys. 68 4071

    [23]

    Wang Y F, Tang L B 2010 Infrared Technology 32 213 (in Chinese) [王忆锋, 唐利斌 2010 红外技术 32 213]

    [24]

    Yu D H, Tang H Z 2003 Numerical Solution of Differential Equations (Beijing: Science Press) p176-177 (in Chinese) [余德浩, 汤华中 2003 微分方程数值解法 (北京: 北京科学出版社) 第176–177页]

    [25]

    Tampo H, Shibata H, Maejima K, Yamada A, Matsubara K 2008 Appl. Phys. Lett. 93 2104

    [26]

    Sasa S, Tamaki T, Koike K, Yano M, Inoue M 2008 J. Phys. 109 012030

  • [1]

    Xia Y J, Guan Z S, Qin H C, Li W Y 2011 Acta Phys. Sin. 40 580 (in Chinese) [夏玉静, 管自生, 秦洪春, 李伟英 2011 物理学报 40 580]

    [2]

    Tang Z K 2005 Acta Phys. Sin. 34 21 (in Chinese) [汤子康 2005 物理学报 34 21]

    [3]

    Chang Y Q, Ni S L, Long Y, Ye R C 2006 Acta Phys. Sin. 55 5409 (in Chinese) [常永勤, 倪赛力, 龙毅, 叶荣昌 2006 物理学报 55 5409]

    [4]

    Sasa S, Hayafuji T, Kawasaki M, Koike K, Yano M, Inoue M 2007 IEEE 28 543

    [5]

    Ohtomo A, Kawasaki M, Ohkubo, Koinuma H, Yasuda T, Segawa Y 1999 Appl. Phys. Lett. 75 980

    [6]

    Ye J D, Pannirselvam S, Lim S T, Bi J F, Sun X W, Lo GQ, Teo K L 2010 Appl. Phys. Lett. 97 111908

    [7]

    Ye J D, Lim S T, Michel B, Gu S L, Zheng Y D, Hark H T, Chennupati J, Sun X W, Kie L T 2012 Scientific Reports 2 533

    [8]

    Kong Y C, Zheng Y D, Chu R M, Gu S L 2003 Acta Phys. Sin. 52 1756 (in Chinese) [孔月婵, 郑有炓, 储荣明, 顾书林 2003 物理学报 52 1756]

    [9]

    Yu H T, Kevin F B 2002 J. Appl. Phys. 91 3730

    [10]

    Ma L, Wang Y, Yu Z P, Tian L L 2005 Research & Progress of SSE Solid State Electronics 25 172 (in Chinese) [祃龙, 王燕, 余志平, 田立林 2005 固体电子学研究与进展 25 172]

    [11]

    Liu F, Wang T, Yao J Q 2006 Science Technology and Engineering 23 4682 (in Chinese) [刘芳, 王涛, 姚建铨 2006 科学技术与工程 23 4682]

    [12]

    Zheng Z W, Shen B, Tang N, Zhang R, Shi Y, Zheng Y D, Gui Y S, Qiu Z J, Jiang C P, Guo S L, Chu Q H 2004 Acta Phys. Sin. 53 596 (in Chinese) [郑泽伟, 沈波, 唐宁, 张荣, 施毅, 郑有炓, 桂永胜, 仇志军, 蒋春萍, 郭少令, 褚君浩 2004 物理学报 53 596]

    [13]

    Kong Y C, Zheng Y D, Zhou C H, Deng Y Z, Gu S L, Shen P, Zhang R, Han P, Jiang R L, Shi Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 2320 (in Chinese) [孔月婵, 郑有炓, 周春红, 邓永桢, 顾书林, 沈波, 张荣, 韩平, 江若琏, 施毅 2004 物理学报 53 2320]

    [14]

    Liu H X, Lu F M, Wang Y H, Song D J, Wu Y 2011 Journal of Xidian University (Natural Science Edition) 38 147 (in Chinese) [刘红侠, 卢风铭 王勇淮, 宋大建, 武毅 2011 西安电子科技大学学报 (自然科学版 38 147]

    [15]

    Tampo H, Shibata H, Matsubara K, Yamada A, Fons P, Niki S 2006 Appl. Phys. Lett. 89 132113

    [16]

    Chen H, Gu S L, Liu J G, Ye J D, Tang K, Zhu S M, Zheng Y D 2011 Appl. Phys. Lett. 99 211906

    [17]

    Nakano M, Tsukazaki A, Ueno K, Gunji R Y, Ohtomo A, Fukumura T, Kawasaki M 2010 Appl. Phys. Lett. 96 052116

    [18]

    Park S H, Ahn D 2005 Appl. Phys. Lett. 87 253509

    [19]

    Chen X Y, Fang F, Ng A M C, Aleksandra B D, Cheah K W, Ling C C, Chan W K, Fong P W K, Lui H F, Surya C 2011 J. Appl. Phys. 109 084330

    [20]

    Wood C, Jena D 2008 Polarization Effects in Semiconductors From Ab Initio Theory to Device Applications (New York: Springer) p14-86

    [21]

    Kong Y C 2007 Ph. D. Dissertation (Nanjing: Nanjing University) (in Chinese) [孔月婵 2007 博士学位论文 (南京: 南京大学)]

    [22]

    Tan I H, Snider G L, Chang L D, Hu E L 1990 J. Appl. Phys. 68 4071

    [23]

    Wang Y F, Tang L B 2010 Infrared Technology 32 213 (in Chinese) [王忆锋, 唐利斌 2010 红外技术 32 213]

    [24]

    Yu D H, Tang H Z 2003 Numerical Solution of Differential Equations (Beijing: Science Press) p176-177 (in Chinese) [余德浩, 汤华中 2003 微分方程数值解法 (北京: 北京科学出版社) 第176–177页]

    [25]

    Tampo H, Shibata H, Maejima K, Yamada A, Matsubara K 2008 Appl. Phys. Lett. 93 2104

    [26]

    Sasa S, Tamaki T, Koike K, Yano M, Inoue M 2008 J. Phys. 109 012030

  • [1] 周展辉, 李群, 贺小敏. AlN/β-Ga2O3异质结电子输运机制. 物理学报, 2023, 72(2): 028501. doi: 10.7498/aps.72.20221545
    [2] 冉峰, 梁艳, 张坚地. 氧化物异质界面上的准二维超导. 物理学报, 2023, 72(9): 097401. doi: 10.7498/aps.72.20230044
    [3] 贾雷明, 王智环, 王澍霏, 钟巍, 田宙. 二维平面激波折射的理论计算方法. 物理学报, 2023, 72(6): 064701. doi: 10.7498/aps.72.20222042
    [4] 周书星, 方仁凤, 魏彦锋, 陈传亮, 曹文彧, 张欣, 艾立鹍, 李豫东, 郭旗. 磷化铟高电子迁移率晶体管外延结构材料抗电子辐照加固设计. 物理学报, 2022, 71(3): 037202. doi: 10.7498/aps.71.20211265
    [5] 武敏, 费宏明, 林瀚, 赵晓丹, 杨毅彪, 陈智辉. 基于二维六方氮化硼材料的光子晶体非对称传输异质结构设计. 物理学报, 2021, 70(2): 028501. doi: 10.7498/aps.70.20200741
    [6] 马嵩松, 舒天宇, 朱家旗, 李锴, 吴惠桢. Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结二维电子气研究进展. 物理学报, 2019, 68(16): 166801. doi: 10.7498/aps.68.20191074
    [7] 高潭华, 郑福昌, 王晓春. 半氢化石墨烯与单层氮化硼复合体系的电子结构和磁性的调控. 物理学报, 2018, 67(16): 167101. doi: 10.7498/aps.67.20180538
    [8] 李群, 陈谦, 种景. InAlN/GaN异质结二维电子气波函数的变分法研究. 物理学报, 2018, 67(2): 027303. doi: 10.7498/aps.67.20171827
    [9] 王现彬, 赵正平, 冯志红. N极性GaN/AlGaN异质结二维电子气模拟. 物理学报, 2014, 63(8): 080202. doi: 10.7498/aps.63.080202
    [10] 朱顺明, 顾然, 黄时敏, 姚峥嵘, 张阳, 陈斌, 毛昊源, 顾书林, 叶建东, 郑有炓. 金属有机源化学气相沉积法生长氧化锌薄膜中氢气的作用及其机理. 物理学报, 2014, 63(11): 118103. doi: 10.7498/aps.63.118103
    [11] 王威, 周文政, 韦尚江, 李小娟, 常志刚, 林铁, 商丽燕, 韩奎, 段俊熙, 唐宁, 沈波, 褚君浩. GaN/AlxGa1-xN异质结二维电子气的磁电阻研究. 物理学报, 2012, 61(23): 237302. doi: 10.7498/aps.61.237302
    [12] 李林娜, 陈新亮, 王斐, 孙建, 张德坤, 耿新华, 赵颖. H2 气对脉冲磁控溅射铝掺杂氧化锌薄膜性能的影响. 物理学报, 2011, 60(6): 067304. doi: 10.7498/aps.60.067304
    [13] 胡志刚, 段满益, 徐明, 周勋, 陈青云, 董成军, 令狐荣锋. Fe和Ni共掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 物理学报, 2009, 58(2): 1166-1172. doi: 10.7498/aps.58.1166
    [14] 尹桂来, 李建英, 李盛涛. 利用普适介电理论对银/氧化锌复合材料介电性能的研究. 物理学报, 2009, 58(6): 4219-4224. doi: 10.7498/aps.58.4219
    [15] 沈益斌, 周 勋, 徐 明, 丁迎春, 段满益, 令狐荣锋, 祝文军. 过渡金属掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 物理学报, 2007, 56(6): 3440-3445. doi: 10.7498/aps.56.3440
    [16] 周忠堂, 郭丽伟, 邢志刚, 丁国建, 谭长林, 吕 力, 刘 建, 刘新宇, 贾海强, 陈 弘, 周均铭. AlGaN/AlN/GaN结构中二维电子气的输运特性. 物理学报, 2007, 56(10): 6013-6018. doi: 10.7498/aps.56.6013
    [17] 李东临, 曾一平. InP基HEMT器件中二维电子气浓度及分布与沟道层厚度关系的理论分析. 物理学报, 2006, 55(7): 3677-3682. doi: 10.7498/aps.55.3677
    [18] 孔月婵, 郑有炓, 周春红, 邓永桢, 顾书林, 沈 波, 张 荣, 韩 平, 江若琏, 施 毅. AlGaN/GaN异质结构中极化与势垒层掺杂对二维电子气的影响. 物理学报, 2004, 53(7): 2320-2324. doi: 10.7498/aps.53.2320
    [19] 孔月婵, 郑有炓, 储荣明, 顾书林. AlxGa1-xN/GaN异质结构中Al组分对二维电子气性质的影响. 物理学报, 2003, 52(7): 1756-1760. doi: 10.7498/aps.52.1756
    [20] 张航, 何赛灵, 陈攀, 孙威. 层状介质中异质散射源三维定位逆问题的加权傅里叶变换研究. 物理学报, 2001, 50(8): 1481-1485. doi: 10.7498/aps.50.1481
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-12-11
  • 修回日期:  2013-04-01
  • 刊出日期:  2013-08-05

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