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Electron Transport in Double-Barrier Semiconductor Heterostructures for Thermionic Cooling

Authors :
Xiangyu Zhu
Marc Bescond
Toshiki Onoue
Gerald Bastard
Francesca Carosella
Robson Ferreira
Naomi Nagai
Kazuhiko Hirakawa
The University of Tokyo (UTokyo)
Laboratoire matériaux et microélectronique de Provence (L2MP)
Université Paul Cézanne - Aix-Marseille 3-Université de Provence - Aix-Marseille 1-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Théorie de la Matière Condensée
Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Laboratory for Integrated Micro Mechatronics Systems (LIMMS)
The University of Tokyo (UTokyo)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ANR-21-CE50-0017,GELATO,Dispositifs réfrigérants basés sur le transport hors-équilibre dans les hétéro-structures semi-conductrices(2021)
Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS (UMR_8023))
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Source :
Physical Review Applied, Physical Review Applied, 2021, 16 (6), ⟨10.1103/physrevapplied.16.064017⟩, Physical Review Applied, American Physical Society, 2021, 16 (6), ⟨10.1103/physrevapplied.16.064017⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

International audience; We investigate electron transport in asymmetric double-barrier (Al, Ga)As/GaAs thermionic cooling heterostructures. Measurements of temperature-dependent current-voltage characteristics confirm that the dominant electron transport is a sequential process of resonant tunneling injection into and thermionic emission from the quantum-well (QW) cooling layer. The thermal activation energy of the current is found to be strongly dependent on the bias voltage. Furthermore, instead of showing a simple thermal activation behavior, the current exhibits rather complicated temperature and voltage dependence, particularly when the thermionic emission barrier is low. To establish a quantitative understanding, we develop an intuitive analytical model for sequential electron transport that explicitly takes into account scattering effects in the thermionic emission process from the two-dimensional QW states to the three-dimensional above-barrier states. The observed temperature-dependent sequential current is well explained by the present theory.

Details

Language :
English
ISSN :
23317019
Database :
OpenAIRE
Journal :
Physical Review Applied, Physical Review Applied, 2021, 16 (6), ⟨10.1103/physrevapplied.16.064017⟩, Physical Review Applied, American Physical Society, 2021, 16 (6), ⟨10.1103/physrevapplied.16.064017⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....ffeb1c438620f346379ffd3238569a70
Full Text :
https://doi.org/10.1103/physrevapplied.16.064017⟩