Kutuplanmanın çoklu yapıların elektronik özeliklerine etkisinin monte carlo yöntemi ile incelenmesi
Investigation of the effect polarization on the electronic properties of heterostructures by the monte carlo method
Yazar: MEHTAP DEMİR
Danışman: PROF. DR. METİN ÖZDEMİR
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Bölümü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Nitrür içerikli yarıiletkenler ile elde edilen tekli veya çoklu eklem yapılarda, kutuplanma (kendiliğinden ve piezoelektrik) alanları yüksek bir elektron yük yoğunluğuna sebep olur. Bazı durumlarda hiç katkılama olmasa bile kutuplanmanın etkisi ile bantlarda meydana gelen eğilmeler nedeniyle çok yüksek yoğunluklarda (1012 ? 1013 cm?2) serbest elektron gazı elde etmek mümkündür. Bu tezde modülasyon katkılama tekniğinin kullanıldığı bir AlGaN/GaN yapısı için Poisson/Schrödinger denklemleri kendi içinde uyumlu çözüldü. Katkılama kalınlığının, verici konsantrasyonun, eklemin boyutlarının, özellikle kendiliğinden ve piezoelektrik kutuplanmanın bu yapının elektronik özelliklerine etkisi araştırıldı. Daha sonra hiç¸ katkılama yok iken kendiliğinden ve piezoelektrik kutuplanma sonucu arayuzeyde oluşan elektron yük yoğunluğu incelendi.Her iki durum için de elektronların değiş-tokuş etkileşimi ayrıca dikkate alındı. Arayüzeyde oluşan potansiyel profili, bos veya dolu enerji seviyeleri ve buna karşılık gelen dalga fonksiyonları, dolu enerji seviyelerinde bulunan elektron yük yoğunluğu elde edildi. Kendi içinde uyumlu hesaplamalardan elde edilen dalga fonksiyonları ve enerji seviyeleri kullanılarak iki boyutlu saçılma (buruşuk yüzey, akustik fonon ve polar optik fonon) oranları hesaplandı. Bu hesaplamalardan elde edilen veriler kullanılarak ensemle Monte Carlo yöntemi ile yük tasınım karakteristikleri incelendi. Benzeri hesaplamalar bir kuantum kuyusu için tekrar edildi.

Abstract:
In nitride containing single or multi-junction structures, polarization fields (both spontaneus and piezoelectric) lead to high electron charge concentrations. In some cases, it is possible to obtain very high free electron concentrations (1012?1013 cm-2) as a result of energy band bendings that took place due to polarization effects, even in the absence of any intentional doping. In this thesis, for a modulation doped AlGaN/GaN structure the Poisson/Schr¨odinger equations are solved self consistently. The effect of the thickness of the doped region, doping concentration, the dimensions of the heterostructure and especially spantoneous and piezoelectrik polarizations on the electronic properties of this structure are investigated. Next, the electron concentration that forms at the interface due to spantouneous and piezoelectric effects in the absence of any doping is investigated.The exchange-correlation effects are also taken into account for both cases. The potential profile that forms at the junction, empty and filled energy levels and their corresponding wave functions, the elcetron concentration at each level are found. Using the wave functions and the energy levels obtained from the self consistent solutions, the two dimensional scattering (surface roughness, acoustic phonon and polar optic phonon) rates are calculated. Using these scattering rates electron transport properties of the structure are investigated by ensemble Monte Carlo method. Similar calculations are also carried out for a quantum well structure.