html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Физики уточнили закон масштабирования в двумерных диодах Шоттки


Yee Sin Ang et al. / Phys. Rev. Lett.

Физики из Сингапура уточнили закон масштабирования, который связывает ток насыщения двумерного диода Шоттки с температурой. Ученые не просто показали, что закон отличается от трехмерного случая, но обобщили результаты предыдущих работ, которые исследовали этот вопрос и противоречили друг другу. Найденные закономерности упростят работу экспериментаторам, которые разрабатывают двумерные наноэлектронные и оптоэлектронные устройства. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Если соединить металл и полупроводник, на границе между ними возникнет потенциальный барьер, который мешает электронам переходить между материалами. Высота этого барьера, который называют барьером Шоттки, равна разности работ выхода из металла и полупроводника. Если средняя кинетическая энергия носителей заряда (температура) много больше высоты барьера, то частицы свободно перескакивают через него, и контакт является омическим — проще говоря, его можно рассматривать как дополнительное сопротивление в схеме. В обратной ситуации энергии частиц не хватает, чтобы преодолеть барьер, а потому контакт пропускает электрический ток только в одном направлении (контакт Шоттки). Это свойство позволяет построить полупроводниковый диод Шоттки, который активно используется в фотодетекторах, солнечных батареях и электрических переключателях.

Величина электрического тока, протекающего сквозь идеальный диод Шоттки, экспоненциально зависит от напряжения V, приложенного к прибору: I = J[exp(eV/kT) − 1], где J — величина тока насыщения, e — заряд электрона, T — температура (уравнение Шокли). Для обычных, трехмерных диодов с двумерными границами, ток насыщения и температура связаны обобщенной формулой Ричардсона: log(J/Tβ) = A — B/T, со значением показателя β = 2. Здесь A, B — некоторые константы, которые зависят от типа материала и геометрии соединения. Это соотношение позволяет определить высоту барьера и играет важную роль при разработке диодов.

С другой стороны, в последнее время физики все чаще сталкиваются с двумерными диодами Шоттки — контактами двумерных проводников. Например, такие контакты неизбежно возникают в наноэлектронике или оптоэлектронике. Как правило, в таких ситуациях ученые предполагают, что формула Ричардсона с показателем β = 2 продолжает выполняться, хотя поведение двумерных материалов часто отличается от трехмерного случая. Ситуацию осложняет то, что различные работы, посвященные этому вопросу, противоречат друг другу — например, теоретическая статья Ляна (Shi-Jun Liang) Ана (Lay Kee Ang) предсказывает, что для диодов Шоттки на основе графена β = 3, а более ранняя работа Синха (Dhiraj Sinha) и Ли (Ji Ung Lee) утверждает, что β = 1.

Группа ученых под руководством Лей Ки Ана (Lay Kee Ang) прояснила этот вопрос, установив точное значение постоянной β для двумерных диодов Шоттки. Для этого физики теоретически рассмотрели перенос электрического заряда и соотношение энергии и импульса для двух принципиально разных видов диода — латерального и вертикального. В вертикальном диоде слой двумерного проводника — например, листа графена — «полноценно» касается поверхностей обоих материалов. В латеральном диоде проводник касается одной из поверхностей боковой стороной, то есть образует одномерный контакт. На первом шаге ученые решили уравнения в наиболее общем виде и определили значения β для разных конструкций диода в не зависимости от природы его носителей заряда, а потом подтвердили полученные результаты на конкретных примерах.

Туннелирование электронов через потенциальный барьер Шоттки (a); вертикальный двумерный диод Шоттки (b); латеральный двумерный барьер Шоттки (c)

Yee Sin Ang et al. / Phys. Rev. Lett.


В результате исследователи выяснили, что для латеральных диодов должен выполняться универсальный закон масштабирования с β = 3/2, A = 0. Отличие от трехмерного случая физики качественно объясняют следующим образом. В трехмерной формуле значение β = 2 возникает из-за сильной связи между дисперсией электронов и процессом термоэлектронного туннелирования. При этом компонента энергии, связанная с продольным импульсом, «отщепляется», а потому постоянная β может от нее зависеть. С другой стороны, в двумерном латеральном диоде «отщепления» не происходит, и в результате показатель степени уменьшается до β = 3/2. Этот результат ученые подтвердили для семи различных проводников, в число которых входили нерелятивистский двумерный электронный газ, графен и вейлевские полуметаллы.

Примеры энергетических поверхностей носителей заряда, для которых ученые проводили более подробный расчет

Yee Sin Ang et al. / Phys. Rev. Lett.


Случай вертикального диода оказался немного сложнее, поскольку в нем электроны могут рассеиваться друг на друге или на неоднородностях соединения. Из-за этого значение β зависит от того, сохраняется продольная компонента импульса носителей заряда или нет. Если эта компонента сохраняется, часть электронов оказывается связана и не может преодолеть барьер, а ток насыщения изменяется при перепадах температуры особенно резко: β = 3. Если же рассеяние «смешивает» продольную и поперечную компоненты импульса, изменение происходит гораздо более плавно: β = 1. Интересно, что в экспериментах с графеном наблюдалось оба типа поведения; в частности, это объясняет различные результаты работ Ляна — Ана и Синха — Ли. В новой статье ученые наконец построили модель, которая объясняет оба результата.

Как правило, диоды работают с электрическим током, однако физики также придумали аналоги этого прибора для других процессов. Например, ученые из Гонконгского научно-технологического университета разработали «водяной диод» — микрофлюидное устройство, которое может пропускать воду лишь в одном направлении. Инженеры из Нанкинского университета напечатали на 3D-принтере канал, обладающий аналогичными свойствами для звука («акустический диод»). А исследователи из Института AMOLF и Университета Техаса разработали «механический диод» — метаматериал, который может смещаться под действием механической нагрузки только в одну сторону.

Дмитрий Трунин

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • физика
          • ученые
          • университет
          • эксперименты
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции