خواص ترابرد الكتريكي در نيم‌رساناي كپه‌اي ZnO و ساختارهاي ناهمگون C/ZnO و ZnMgO/ZnO/ZnMgO

The electrical transport properties in ZnO bulk, ZnMgO/ZnO and ZnMgO/ZnO/ZnMgO heterostructures

در اين مقاله، به بررسي نظري خواص ترابري الكتريكي داده‌هاي تجربي گزارش شده (مرجع [20])، مربوط به نيم‌رساناي كپه‌اي ZnO و ساختارهاي ناهمگون با چاه پتانسيل تكي و دوگانه ZnMgO/ZnO/ZnMgO و ZnMgO/ZnO پرداخته شده و مهم‌ترين پارامترهاي پراكندگي كنترل كننده تراكم و تحرك الكتروني به دست آمده‌اند. بدين ‌منظور از سازوكارهاي پراكندگي ذاتي نظير فنون‌هاي اپتيكي- قطبي، فنون‌هاي پيزوالكتريك و پتانسيل تغيير شكل آكوستيكي و پراكندگي غيرذاتي نظير ناخالصي‌هاي يونيزه، در رفتگي‌ها و ميدان‌هاي كرنشي- القايي استفاده شده است. به منظور از بين بردن اثرات لايه تبهگن در سطح مشترك ZnO/sapphire داده‌هاي تجربي مربوط به نيم‌رساناي كپه‌اي ZnO با استفاده از مدل دولايه‌اي اثر هال تصحيح شده‌اند. همچنين، تراكم بخشنده‌ها و پذيرنده‌ها و انرژي فعالسازي مربوط به آنها با استفاده از معادله خنثايي بار به دست آمده‌اند. نتايج به دست آمده حاكي از آن است كه براي دماهاي كوچكتر از 50 كلوين، رسانش جهشي سازوكار رسانندگي غالب مي‌باشد و پراكندگي ناشي از دررفتگي‌ها كنترل كننده رفتار دمايي تحرك الكتروني در سرتاسر گستره دمايي مي‌باشد. در مورد ساختار‌هاي ناهمگون، نتايج به دست آمده نشان مي‌دهد كه افزايش تحرك الكتروني در نمونه با چاه پتانسيل دوگانه نسبت به نمونه با چاه پتانسيل تكي به كاهش تراكم در رفتگي‌ها، تراكم ناخالصي‌ها در چاه پتانسيل، بار سطح مشترك و ميدان هاي كرنشي- القايي نسبت داده مي‌شود كه در نتيجه محصور سازي الكتروني قويتر در كانال رسانشي به دست آمده است.

In this paper, the reported experimental data related to electrical transport properties in bulk ZnO, ZnMgO/ZnO and ZnMgO/ZnO/ZnMgO single and double heterostructures were analyzed quantitavely and the most important scattering parameters on controlling electron concentration and electron mobility were obtained. Treatment of intrinsic mechanisms includes polar-optical phonon scattering, piezoelectric scattering and acoustic deformation potential scattering. For extrinsic mechanisms, ionized impurity, dislocation scattering and strain induced fields are included. For bulk ZnO, the reported experimental data were corrected for removing the effects of a degenerate layer at the ZnO/sapphire interface via a two – layer Hall – effect model. Also, donor density, acceptor density and donor activation energy were determined via the charge balance equation. This sample exhibits hopping conduction below 50K and dislocation scattering controls electron mobility closely. Obtained results indicate that enhancement of electron mobility in double sample as compared with single one can be attributed to reduction of dislocation density, two dimensional impurity density in the potential well due to background impurities and/or interface charge and strain induced fields which can be related to better electron confinement in the channel and enhancement in sheet carrier concentration of 2DEG in this sample