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尺寸相关的弹性常数对应变硅纳米线电学性质的影响

张加宏 顾芳 刘清惓 顾斌 李敏

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尺寸相关的弹性常数对应变硅纳米线电学性质的影响

张加宏, 顾芳, 刘清惓, 顾斌, 李敏

Effect of size-dependent elastic constants on electrical properties of strain silicon nanowires

Zhang Jia-Hong, Gu Fang, Liu Qing-Quan, Gu Bin, Li Min
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  • 从Keating模型出发,基于离散化思想建立了计算单晶硅纳米线弹性常数和杨氏模量的半连续原子晶格力学模型. 从微扰理论和形变势理论出发,采用有限差分方法建立了计算不同晶向应变硅纳米线价带结构的数值模型. 结合上述的两个计算模型,进而应用经典弹道传输模型研究了轴向应力和弹性常数对p型硅纳米线弹道晶体管电学特性的影响. 研究结果表明,硅纳米线的弹性常数和杨氏模量呈现尺寸效应,该结果与分子动力学的模拟结果具有很好的一致性. 同时发现尺寸相关的弹性常数对硅纳米线晶体管输运电流的影响强烈依赖于单轴应力对输运电流的影
    Starting from the Keating model, a semi-continuum atomistic lattice model, with directly taking into account the discrete nature in width and thickness direction, is proposed to calculate the elastic constants and Youngs modulus of single crystal silicon nanowires (SiNWs). Based on the six-band k·p theory and the deformation potential concept, and taking into account the quantum-size effect and spin-orbit coupling, a numerical model for the valence band structures of SiNWs in various transport orientations is established by using the finite difference method. Then we use a top-of-the-barrier ballistic field-effect transistor (FET) model to investigate the effects of the uniaxial stress and the elastic constants on ballistic transport properties of the p-type SiNW FETs in combination with the calculation results from the two models mentioned above. It is found that the elastic constants and Youngs modulus of the SiNW are highly size-dependent, which is in good agreement with the available molecular dynamics result. Furthermore, our calculations indicate that the effect of size-dependent elastic constants on ballistic transport current of the SiNW FET strongly depends on the effect of the uniaxial stress on ballistic transport current, because when the uniaxial stress induces a significant change in valence band structures of SiNWs, the size-dependent elastic constants can obviously modify the valence band structure.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10847147)、南京信息工程大学微纳电子创新团队基金(批准号:N0575003411)、南京信息工程大学科研基金(批准号:20080296)和东南大学微电子机械系统教育部重点实验室研究基金资助的课题.
    [1]

    [1]Cui Y, Zhong Z, Wang D, Wang W U, Lieber C M 2003 Nano Lett. 3 149

    [2]

    [2]Singh N, Agarwal A, Bera L K, Liow T Y, Yang R, Rustagi S C, Tung C H, Kumar R, Lo G Q, Balasubramanian N, Kwong D L 2006 IEEE Electron Dev. Lett. 27 383

    [3]

    [3]Toriyama T, Tanimoto Y, Sugiyama S 2002 J. Microelectromech. Syst. 11 605

    [4]

    [4]Feng X L, He R, Yang P, Roukes M L 2007 Nano Lett. 7 1953

    [5]

    [5]Li X X, Ono T, Wang Y L, Esashi M 2003 Appl. Phys. Lett. 83 3081

    [6]

    [6]Tabib-Azar M, Nassirou M, Wang R, Sharma S, Kamins T I, Saif Islam M, Stanley Williams R 2005 Appl. Phys. Lett. 87 113102

    [7]

    [7]Tang Z, Aluru N R 2006 Phys. Rev. B 74 235441

    [8]

    [8]Guo J G, Zhao Y P 2007 Nanotechnology 18 295701

    [9]

    [9]Kobayashi M, Hiramoto T 2008 J. Appl. Phys. 103 053709

    [10]

    ]Seike A, Tange T, Sugiura Y, Tsuchida I, Ohta H, Watanabe T, Kosemura D, Ogura A, Ohdomari I 2007 Appl. Phys. Lett. 91 202117

    [11]

    ]Svizhenko A, Leu P W, Cho K 2007 Phys. Rev. B 75 125417

    [12]

    ]Ghetti A, Carnevale G, Rideau D 2007 IEEE Trans. Nanotechn. 6 659

    [13]

    ]Neophytou N, Paul A, Lundstrom M S, Klimeck G 2008 IEEE Trans. Electron Dev. 55 1286

    [14]

    ]Leu P W, Svizhenko A, Cho K 2008 Phys. Rev. B 77 235305

    [15]

    ]Zhang J H, Huang Q A, Yu H, Lei S Y 2009 Sensors 9 2746

    [16]

    ]Keating P N 1966 Phys. Rev. 145 637

    [17]

    ]Sun C T, Zhang H T 2003 J. Appl. Phys. 93 1212

    [18]

    ]Zhang J H, Huang Q A, Yu H, Wang J 2009 J. Phys. D 42 045409

    [19]

    ]Seo W H, Donegan J F 2003 Phys. Rev. B 18 075318

    [20]

    ]Zhang J H, Huang Q A, Yu H, Lei S Y 2008 Chin. Phys. B 17 4292

    [21]

    ]Zhang J H, Huang Q A, Yu H, Wang J, Lei S Y 2009 J. Appl. Phys. 105 086102

    [22]

    ]Cho K H, Yeo K H, Yeoh Y Y, Suk S D, Li M, Lee J M, Kim M S, Kim D W, Park D, Hong B H, Jung Y C, Hwang S W 2008 Appl. Phys. Lett. 92 052102

    [23]

    ]Rahman A, Guo J, Datta S, Lundstrom M 2003 IEEE Trans. Electron Dev. 50 1853

    [24]

    ]Wang J, Huang Q A, Yu H 2008 J. Phys. D 41 165406

    [25]

    ]Wortman J J, Evans R A 1965 J. Appl. Phys. 36 153

    [26]

    ]Song J J, Zhang H M, Dai X Y, Hu H Y, Xuan R X 2008 Acta Phys. Sin. 57 7228 ( in Chinese) [宋建军、张鹤鸣、戴显英、胡辉勇、宣荣喜 2008 物理学报 57 7228]

    [27]

    ]Wang J, Rahman A, Ghosh A, Klimeck G, Lundstrom M 2005 Appl. Phys. Lett. 86 093113

    [28]

    ]Marchi A, Gnani E, Reggiani S, Rudan M, Baccarani G 2006 Solid-State Electron. 50 78

    [29]

    ]Song J J, Zhang H M, Xuan R X, Hu H Y, Dai X Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 4958 ( in Chinese) [宋建军、张鹤鸣、宣荣喜、胡辉勇、戴显英2009 物理学报 58 4958]

  • [1]

    [1]Cui Y, Zhong Z, Wang D, Wang W U, Lieber C M 2003 Nano Lett. 3 149

    [2]

    [2]Singh N, Agarwal A, Bera L K, Liow T Y, Yang R, Rustagi S C, Tung C H, Kumar R, Lo G Q, Balasubramanian N, Kwong D L 2006 IEEE Electron Dev. Lett. 27 383

    [3]

    [3]Toriyama T, Tanimoto Y, Sugiyama S 2002 J. Microelectromech. Syst. 11 605

    [4]

    [4]Feng X L, He R, Yang P, Roukes M L 2007 Nano Lett. 7 1953

    [5]

    [5]Li X X, Ono T, Wang Y L, Esashi M 2003 Appl. Phys. Lett. 83 3081

    [6]

    [6]Tabib-Azar M, Nassirou M, Wang R, Sharma S, Kamins T I, Saif Islam M, Stanley Williams R 2005 Appl. Phys. Lett. 87 113102

    [7]

    [7]Tang Z, Aluru N R 2006 Phys. Rev. B 74 235441

    [8]

    [8]Guo J G, Zhao Y P 2007 Nanotechnology 18 295701

    [9]

    [9]Kobayashi M, Hiramoto T 2008 J. Appl. Phys. 103 053709

    [10]

    ]Seike A, Tange T, Sugiura Y, Tsuchida I, Ohta H, Watanabe T, Kosemura D, Ogura A, Ohdomari I 2007 Appl. Phys. Lett. 91 202117

    [11]

    ]Svizhenko A, Leu P W, Cho K 2007 Phys. Rev. B 75 125417

    [12]

    ]Ghetti A, Carnevale G, Rideau D 2007 IEEE Trans. Nanotechn. 6 659

    [13]

    ]Neophytou N, Paul A, Lundstrom M S, Klimeck G 2008 IEEE Trans. Electron Dev. 55 1286

    [14]

    ]Leu P W, Svizhenko A, Cho K 2008 Phys. Rev. B 77 235305

    [15]

    ]Zhang J H, Huang Q A, Yu H, Lei S Y 2009 Sensors 9 2746

    [16]

    ]Keating P N 1966 Phys. Rev. 145 637

    [17]

    ]Sun C T, Zhang H T 2003 J. Appl. Phys. 93 1212

    [18]

    ]Zhang J H, Huang Q A, Yu H, Wang J 2009 J. Phys. D 42 045409

    [19]

    ]Seo W H, Donegan J F 2003 Phys. Rev. B 18 075318

    [20]

    ]Zhang J H, Huang Q A, Yu H, Lei S Y 2008 Chin. Phys. B 17 4292

    [21]

    ]Zhang J H, Huang Q A, Yu H, Wang J, Lei S Y 2009 J. Appl. Phys. 105 086102

    [22]

    ]Cho K H, Yeo K H, Yeoh Y Y, Suk S D, Li M, Lee J M, Kim M S, Kim D W, Park D, Hong B H, Jung Y C, Hwang S W 2008 Appl. Phys. Lett. 92 052102

    [23]

    ]Rahman A, Guo J, Datta S, Lundstrom M 2003 IEEE Trans. Electron Dev. 50 1853

    [24]

    ]Wang J, Huang Q A, Yu H 2008 J. Phys. D 41 165406

    [25]

    ]Wortman J J, Evans R A 1965 J. Appl. Phys. 36 153

    [26]

    ]Song J J, Zhang H M, Dai X Y, Hu H Y, Xuan R X 2008 Acta Phys. Sin. 57 7228 ( in Chinese) [宋建军、张鹤鸣、戴显英、胡辉勇、宣荣喜 2008 物理学报 57 7228]

    [27]

    ]Wang J, Rahman A, Ghosh A, Klimeck G, Lundstrom M 2005 Appl. Phys. Lett. 86 093113

    [28]

    ]Marchi A, Gnani E, Reggiani S, Rudan M, Baccarani G 2006 Solid-State Electron. 50 78

    [29]

    ]Song J J, Zhang H M, Xuan R X, Hu H Y, Dai X Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 4958 ( in Chinese) [宋建军、张鹤鸣、宣荣喜、胡辉勇、戴显英2009 物理学报 58 4958]

  • [1] 杨顺杰, 李春梅, 周金萍. 磁无序及合金化效应影响Co2CrZ (Z = Ga, Si, Ge)合金相稳定性和弹性常数的第一性原理研究. 物理学报, 2022, 71(10): 106201. doi: 10.7498/aps.71.20212254
    [2] 邵栋元, 惠群, 李孝, 陈晶晶, 李春梅, 程南璞. Ca0.5Sr0.5TiO3弹性和热学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(20): 207102. doi: 10.7498/aps.64.207102
    [3] 翟东, 韦昭, 冯志芳, 邵晓红, 张平. 铜钨合金高温高压性质的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(20): 206501. doi: 10.7498/aps.63.206501
    [4] 赵建涛, 赵昆, 王家佳, 余新泉, 于金, 吴三械. Heusler合金Mn2NiGa的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(21): 213102. doi: 10.7498/aps.61.213102
    [5] 马天慧, 庄志萍, 任玉兰. LiBX2 (B=Ga, In; X= S, Se, Te)光学性质与力学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2012, 61(19): 197101. doi: 10.7498/aps.61.197101
    [6] 赵荣达, 朱景川, 刘勇, 来忠红. FeAl(B2) 合金La, Ac, Sc 和 Y 元素微合金化的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(13): 137102. doi: 10.7498/aps.61.137102
    [7] 张郑兵, 马小柏, 金钻明, 马国宏, 杨金波. Fe/Si薄膜中相干声学声子的光激发研究. 物理学报, 2012, 61(9): 097401. doi: 10.7498/aps.61.097401
    [8] 苏锐, 龙瑶, 姜胜利, 何捷, 陈军. 外部压力下β相奥克托金晶体弹性性质变化的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(20): 206201. doi: 10.7498/aps.61.206201
    [9] 余本海, 陈东. α-, β-和γ-Si3N4 高压下的电子结构和相变: 第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(19): 197102. doi: 10.7498/aps.61.197102
    [10] 周大伟, 卢成, 李根全, 宋金璠, 宋玉玲, 包刚. 高压下金属Ba的结构稳定性以及热动力学的第一原理研究. 物理学报, 2012, 61(14): 146301. doi: 10.7498/aps.61.146301
    [11] 任晓栋, 刘建军, 张文清. 应变对层状锰系锂离子电池正极材料输出电压的影响. 物理学报, 2012, 61(18): 183101. doi: 10.7498/aps.61.183101
    [12] 赵昆, 张坤, 王家佳, 于金, 吴三械. Heusler合金Pd2 CrAl四方变形、磁性及弹性常数的第一性原理计算. 物理学报, 2011, 60(12): 127101. doi: 10.7498/aps.60.127101
    [13] 范开敏, 杨莉, 彭述明, 龙兴贵, 吴仲成, 祖小涛. 第一性原理计算α-ScDx(D=H,He)的弹性常数. 物理学报, 2011, 60(7): 076201. doi: 10.7498/aps.60.076201
    [14] 余本海, 刘墨林, 陈东. 第一性原理研究Mg2 Si同质异相体的结构、电子结构和弹性性质. 物理学报, 2011, 60(8): 087105. doi: 10.7498/aps.60.087105
    [15] 李世娜, 刘永. Cu3N弹性和热力学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(10): 6882-6888. doi: 10.7498/aps.59.6882
    [16] 李晓凤, 姬广富, 彭卫民, 申筱濛, 赵峰. 高压下固态Kr弹性性质、电子结构和光学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2009, 58(4): 2660-2666. doi: 10.7498/aps.58.2660
    [17] 王海燕, 祝文军, 宋振飞, 刘绍军, 陈向荣, 贺红亮. 氦泡对铝的弹性性质的影响. 物理学报, 2008, 57(6): 3703-3708. doi: 10.7498/aps.57.3703
    [18] 刘娜娜, 宋仁伯, 孙翰英, 杜大伟. Mg2Sn电子结构及热力学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2008, 57(11): 7145-7150. doi: 10.7498/aps.57.7145
    [19] 陈长波, 刘志明, 马琰铭, 崔 田, 刘冰冰, 邹广田. 压力及杂质氢对金属锂弹性特性的影响. 物理学报, 2007, 56(5): 2828-2832. doi: 10.7498/aps.56.2828
    [20] 周晶晶, 高 涛, 张传瑜, 张云光. Al的微观组态与LaNi3.75Al1.25的结构和弹性第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(4): 2311-2317. doi: 10.7498/aps.56.2311
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-08-19
  • 修回日期:  2010-02-01
  • 刊出日期:  2010-03-05

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