硅纳米线中的耿氏效应：高电场下的电荷输运
介观与纳米尺度物理
2018-05-01 v1
摘要
耿氏（或耿-希尔萨姆）效应及其相关的负微分电阻率源于半导体中两个不同能带之间的电子转移。如果施加电压（电场）将电子从低有效质量的子能带转移到具有更高有效质量的第二个子能带，则电流下降。这表现为器件I-V特性中的负斜率或负微分电阻率，本质上是由电子迁移率降低引起的。回忆一下，迁移率与电子有效质量或子能带曲率成反比。这种效应在GaAs等半导体中观察到，GaAs具有非常低有效质量的直接带隙，其第二间接子带位于前者之上约300 meV。更重要的是，沿输运方向发生空间累积电荷载流子的自重复振荡，这是负微分电阻率的产物，这一过程称为耿氏振荡，由J. B. Gunn观察到。与GaAs形成鲜明对比的是，体硅具有非常高的能量间隔（约1 eV），这使得转移诱导的负微分电阻率无法被观测到。利用密度泛函理论、半经验10轨道（）紧束缚方法和系综蒙特卡洛模拟，我们首次证明：(a) 在直径3.1 nm的窄硅纳米线中，在3%拉伸应变和5000 V/cm电场下可以诱导耿氏效应；(b) I-V特性中负微分电阻率的出现可通过应变可逆调节；(c) 对于具有正常I-V特性（即无负微分电阻率）的硅纳米线，应变可将电阻率值调制2.3倍。这些观察结果对于硅纳米线在机电传感器和可调微波振荡器中的应用具有前景。
引用
@article{arxiv.1709.01862,
title = {Gunn Effect in Silicon Nanowires: Charge Transport under High Electric Field},
author = {Daryoush Shiri and Amit Verma and Reza Nekovei and Andreas Isacsson and C. R. Selvakumar and M. P. Anantram},
journal= {arXiv preprint arXiv:1709.01862},
year = {2018}
}
备注
18 pages, 6 figures, 63 references