横向结构化层状导体中电子与晶格系统温度分布的模拟
介观与纳米尺度物理
2020-01-08 v1
摘要
在工作中的微电子半导体器件中，电子被局域变化强电场加速，获得非均匀分布于纳米尺度且远高于宿主晶格温度的有效电子温度。因此电子与晶格的热动力学非平凡，在纳米尺度上理解它对于获得更高器件性能至关重要。在此，我们提出并证明，在层状导体中，电子与晶格间的非平衡性质可通过将导电层分离为分别代表电子子系与晶格子系的两个物理薄层来显式追踪模拟。我们以模拟 GaAs 器件为例，取一个宽 1um、厚 35nm 的 U 形导电沟道，其 U 形弯内角的曲率半径为 15nm，发现由于内角处热电子产生而发展出显著热点。就电子温度而言的热点达到显著更高温度，且空间分布远比晶格温度热点尖锐。对相似几何形状的金属（NiCr）窄引线所作的类似模拟计算显示内角处也出现热点，但其强度与空间分布不同于半导体器件中的情况。半导体与金属间的显著差异被解释为源于电子比热的巨大差异，而非电子-声子相互作用的差异。本工作将通过一种简单便捷的层状非平衡导体建模方法，为更深入理解导电体的非平衡性质提供有用启示。
引用
@article{arxiv.1908.02190,
title = {Simulation of temperature profile for the electron- and the lattice-systems in laterally structured layered conductors},
author = {Le Yang and Ruijie Qian and Zhenghua An and Susumu Komiyama and Wei Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.02190},
year = {2020}
}
备注
5pages, 4figures