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7.2 Physikalische Modellierung

 

Im folgenden werden die Modelle für die Bandkantenenergien [4], für die Elektronen- und Löchermasse [4] und die für Beweglichkeiten für tex2html_wrap_inline8110 und tex2html_wrap_inline8112 angeführt.

Für den Bandabstand von tex2html_wrap_inline8110 wird folgendes Modell verwendet:

  eqnarray4062

tex2html_wrap_inline9598 wird in tex2html_wrap_inline9600 angegeben und T ist die Gittertemperatur in K. Abbildung 7.3 zeigt die Bandabstände von tex2html_wrap_inline8110 .

   figure4077
Abbildung 7.3: Bandabstände von tex2html_wrap_inline8110 im für technische Anwendungen relevanten Temperaturbereich.

Der Bandabstand für Indiumarsenid ist definiert mit

  equation4084

Für den Bandabstand von tex2html_wrap_inline8112 wird die Formel

equation4093

verwendet. tex2html_wrap_inline9610 ergibt sich aus (7.1) mit x=0. C ist der sogenannte Bowing-Parameter [4]. Abbildung 7.4 zeigt die Bandabstände von tex2html_wrap_inline8112 .

   figure4103
Abbildung 7.4: Bandabstände von tex2html_wrap_inline8112 im für technische Anwendungen relevanten Temperaturbereich.

Tabelle 7.1 enthält alle Parameter für die Modellierung der Bandabstände.

   table4111
Tabelle 7.1: Parameter für die Modellierung der Bandabstände.

Üblicherweise werden für die Bauelementsimulation die Bandabstände der Halbleitermaterialien verwendet. Für die Modellierung der abrupten Grenzflächen werden jedoch die Energiedifferenzen der Bandkanten an den Übergängen benötigt. Die Leitungs- und Valenzbandkanten müssen daher explizit modelliert werden. Die Bandkantenenergien ergeben sich aus

eqnarray4136

mit den entsprechenden Parametern für die Bandabstände je nach Material.

Die effektiven Massen für tex2html_wrap_inline8110 werden geschrieben als

equation4139

und für tex2html_wrap_inline8112 als

equation4144

Die Parameter für die effektiven Massen finden sich in Tabelle 7.2.

   table4149
Tabelle 7.2: Parameter für die Modellierung der effektiven Massen.

Die Beweglichkeit der Ladungsträger für das Drift-Diffusionsmodell entspricht der Modellierung in [7]:

  equation4160

tex2html_wrap_inline9688 ist die Nullfeldbeweglichkeit, tex2html_wrap_inline9690 ist die Sättigungsgeschwindigkeit der Ladungsträger und tex2html_wrap_inline9692 ist der Betrag der treibenden Kraft.

Eine bessere Modellierung der Geschwindigkeitssättigung der Elektronen im Rahmen der klassischen Drift-Diffusionsnäherung ist mit der folgenden empirischen Funktion möglich [19]:

equation4175

Dieses Beweglichkeitsmodell berücksichtigt auch die negative differentielle Steigung der tex2html_wrap_inline9694 Abhängigkeit wenn der Betrag der treibenden Kraft im Bereich der kritischen Feldstärke tex2html_wrap_inline9696 liegt und sich die Elektronen zunehmend im L-Band aufhalten, wo ihre effektive Masse wesentlich höher ist als im tex2html_wrap_inline9698 -Band und ihre Beweglichkeit dementsprechend gering ist.

Die Modellierung der Beweglichkeit für das hydrodynamische Modell lautet [17]

  equation4202

tex2html_wrap_inline9700 ist die Temperatur der Ladungsträger und tex2html_wrap_inline9702 ist die Gittertemperatur. Dieses Beweglichkeitsmodell entspricht dem Beweglichkeitsmodell der klassischen Drift-Diffusion

  equation4214

wenn man lokales Energiegleichgewicht annimmt:

  equation4224

Man erhält somit

equation4234

Setzt man (7.13) gleich (7.14) erhält man das Trägertemperaturmodell, das implizit für die Drift-Diffusionsnäherung unter Berücksichtigung der Geschwindigkeitssättigung in (7.14) verwendet wird:

equation4244

Dieses Vorgehen ist jedoch für jede Formulierung von tex2html_wrap_inline9704 möglich. Für das heuristische und empirisch verifizierte Modell (7.11) erhält man etwa das Trägertemperaturmodell

  equation4256

Die Parameter für die Beweglichkeitsmodelle sind in Tabelle 7.3 zusammengefaßt.

   table4266
Tabelle 7.3: Parameter für die Modellierung der Beweglichkeiten.


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