Silizium und Siliziumdioxid weisen verschiedene physikalische Bandstrukturen des Leitfähigkeitsbandes auf, und somit ist eine unterschiedliche Dynamik der Ladungsträger impliziert. Da an einer idealen Grenzfläche keine stetige Fortsetzung des Leitfähigkeitsbandes vorhanden ist, tritt für Elektronen eine Potentialbarriere auf, die ein Eindringen der Ladungsträger in den Isolator verhindert. Jedoch läßt die Quantenmechanik aufgrund der Stetigkeit der Wellenfunktion eine endliche Aufenthaltswahrscheinlichkeit in klassisch verbotenen Zonen zu, sodaß ein Elektron, das mithilfe einer Wahrscheinlichkeitswelle beschrieben wird, dennoch im Oxid beobachtet werden kann. Ein Elektron kann also einerseits in Siliziumdioxid emittiert werden aber auch direkt in die Gate-Elektrode injiziert werden und zu einem kleinen, jedoch unerwünschten, parasitären Gate-Strom beitragen.
Das Verhalten von Elektronen in Anwesenheit einer Potentialbarriere und unter Einfluß eines hohen elektrischen Feldes ist erstmals von Fowler und Nordheim untersucht worden [143]. Zur Berechnung der Gate-Ströme wird diese Näherung adaptiert [144][145]. Die sogenannte Fowler-Nordheim-Näherung bestimmt die Injektionswahrscheinlichkeit in Anwesenheit eines elektrischen Feldes gemäß
wobei zur besseren Unterscheidung nun die effektive Masse der Elektronen im Oxid
mit 
bezeichnet wird, 
das transversale elektrische Feld im
Oxid und 
die Energieschwelle an der Si/SiO
-Grenzfläche darstellen
und die Normalkomponente der Energie in bezug auf die Potentialbarriere mit
bezeichnet wird. Die Schwelle wird zusätzlich noch
aufgrund des sogenannten image force barrier lowering erniedrigt
[145][146],
mit der Potentialschwelle 
und den beiden empirischen
Konstanten 
und
. Die Injektionswahrscheinlichkeit setzt sich
aus zwei Anteilen zusammen. Wenn die Energie normal zur Grenzfläche kleiner als
die Potentialbarriere ist, dann besteht die Wahrscheinlichkeit, daß
Elektronen diese durchtunneln. Ist die Energie jedoch größer als die
Schwelle, so wird das Teilchen gemäß den klassischen Prinzipien behandelt, und
die Injektionswahrscheinlichkeit ist gleich eins.
Neuere Experimente, die von Maserjian und Zamani [147] durchgeführt
wurden,
zeigen, daß Elektronen nicht nur an der Si/SiO-Grenzfläche, sondern
ebenfalls an der Grenzfläche des Oxids und der Gate-Elektrode reflektiert
werden können. Aufgrund der Injektion von ballistischen Elektronen in dünne
Oxidschichten sind bei der Stromdichte Oszillationen festgestellt worden. Dies
führte zu der Annahme, daß Interferenzerscheinungen bei der Injektion
hochenergetischer Elektronen stattfinden müssen. In [148] wurde
erwähnt, daß die Interferenzerscheinungen in dickeren Oxiden schwächer
sind als in dünnen, da Elektronen in dickeren Schichten zusätzlich
Wechselwirkungen mit dem Kristall unterworfen sind. Ferner kann die Kohärenz
der Wahrscheinlichkeitswellen der Ladungsträger aufgrund einer rauhen
Grenzfläche an der Gate-Elektrode gestört werden und die
Interferenzerscheinungen vermindern.
