Heteroeklem yapılarda eklem düzlemi boyunca yük taşınımının Monte Carlo yöntemi ile incelenmesi
Investigation of charge transport confined at a heterojunction along the junction plane by Monte Carlo tecniques
Yazar: ZEKİ YARAR
Danışman: DOÇ.DR. METİN ÖZDEMİR
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2004
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
ÖZ DOKTORA TEZİ HETEROEKLEM YAPILARDA EKLEM DÜZLEMİ BOYUNCA YUK TAŞINIMININ MONTE CARLO YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ Zeki YARAR ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANABİLİM DALI Danışman: Doç. Dr. Metin ÖZDEMİR Yıl: 2004, Sayfa: 165 Jüri: Doç. Dr. Metin ÖZDEMİR : Prof. Dr. Ramazan ESEN : Prof. Dr. Halil YARANERİ : Prof. Dr. Gülten GÜNEL : Prof. Dr. Yusuf ÜNLÜ Modülasyon katkılı AlGaAs/GaAs tipi tekli veya çoklu heteroyapıların ara yüzeyinde oluşan iki boyutlu elektron gazının (2BEG) oluşturduğu potansiyel profili, boş veya dolu enerji seviyeleri ve bunlara karşılık gelen dalga fonksiyonları, dolu enerji seviyelerinde bulunan elektron yoğunluğu Schrödinger ve Poisson denklemlerinin sayısal olarak kendi içinde uyumlu çözümü ile elde edilmiştir. Çözümde hiç bir uyum parametresi kullanılmamış, sadece malzeme parametrelerinin verilmesi yeterli olmuştur. Yukarıda belirtilen değerler elde edildikten sonra iki boyutlu elektronların saçılma oranları Born yaklaşımı temel alınarak analitik ve sayısal yöntemlerle hesaplanmıştır. Göz önüne alınan saçılma mekanizmaları buruşuk yüzey, akustik fonon, polar optik fonon ve uzak safsızhk saçılmalarıdır. Düzgün bir manyetik alan altında iki boyutlu elektron gazındaki kimyasal potansiyelin değişimi, elektron konsantrasyonunun değişmediği varsayılarak, düzey genişleme parametresi ve sıcaklığın bir fonksiyonu olarak çalışılmıştır. Düzey genişlemesi için gausiyen, lorentzien ve eksponansiyel biçimler ele alınmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Daha sonra Monte Carlo yöntemi kullanılarak elektronların hetero eklem düzlemine paralel olarak sürüklenme hızları uygulanan alanın bir fonksiyonu olarak değişik sıcaklık ve malzeme parametre değerlerinde bulunmuş, elektronların düşük alan mobilite değerlerinin sıcaklığa ve elektrik alanına göre değişimi, elektronların kesikli alt bant ve üç boyutlu vadi dolulukları elde edilmiş, sistemin hangi sıcaklık ve/veya alan değerlerine kadar iki boyutlu kaldığı incelenmiştir. Benzeri hesaplamalar bir kuantum kuyusu için tekrar edilmiştir. Her iki durumda da buruşuk yüzey ve uzak safsızhk saçılmalarının elektron taşınım ve mobilite değerlerine etkisi özellikle incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Saçılma, kendi içinde uyumlu, Monte-Carlo, mobilite, kimyasal potansiyel.

Abstract:
ABSTRACT PhD. THESIS INVESTIGATION OF CHARGE TRANSPORT CONFINED AT A HETERO JUNCTION ALONG THE JUNCTION PLANE BY MONTE CARLO TECHNIQUES Zeki YARAR DEPARTMENT OF PHYSICS INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor: Assoc. Prof. Metin ÖZDEMİR Year: 2004, Pages: 165 Jury: Assoc. Prof. Metin ÖZDEMİR : Prof. Ramazan ESEN : Prof. Halil YARANERÎ : Prof. Gttlten GÜNEL : Prof. Yusuf ÜNLÜ Schrödinger and Poisson equations are solved self consistently to obtain the potential profile formed at a modulation doped AlGaAs/GaAs hetero junction. In addition empty or occupied quantized energy levels, charge carrier concentrations in each occupied level, wave functions corresponding to each level are also calculated. No adjustable parameters are used, it is sufficient to provide only the material parameters. Armed with the information given above, electron scattering rates based on Born approximation are calculated using a combination of analytical and numerical methods. The scattering mechanisms considered are: surface roughness, acoustic phonon, polar optic phonon and remote impurity scattering. Assuming that the two-dimensional electron concentration is not altered, the variation of chemical potential with respect to both temperature and energy level-broadening parameter is studied under a uniform and constant magnetic field. Gaussian, exponential and lorentzian forms of broadening are used and the results are compared. Then using ensemble Monte Carlo method, the drift velocity of electrons along the hetero junction plane, the variation of low field mobility of electrons at the hetero junction, the occupancy of the quantized sub bands and three dimensional valleys are obtained as a function of applied electric field at various temperatures and material parameters. The temperature and/or field beyond which two dimensional nature of the system ceases to exist is also investigated. Similar calculations are repeated for a quantum well. In both cases, emphasis is given to the effect of surface roughness and remote impurity scattering on electron transport properties and electron mobility. Key Words: Scattering, self-consistent, Monte Carlo, mobility, chemical potential. II