5.3 Simulation einer ESAKI-Diode  

Die theoretischen Ableitungen von Band zu Band-Tunnelmodellen gehen davon aus, daß die Tunnelvorgänge nur in lateraler Richtung erfolgen. Eine Rekombination in lateraler Richtung kann jedoch nur dann auftreten, wenn bei mindestens einer Seite des pn-Übergangs das FERMI-Niveau im entsprechenden Leitungsband liegt. Die maximalen Rekombinationsraten treten daher bei sehr kleinen Flußspannungen auf, wo gerade noch laterale Tunnelprozesse möglich sind. Durch Anlegen von kleinen Flußspannungen verschieben sich die Bandkanten sehr schnell in einen Bereich, wo eigentlich keine Tunnelprozesse mehr stattfinden sollten. Gemessene IV-Kennlinien zeigen jedoch auch noch in diesem Bereich geringfügige Ströme. Dies wird durch die sog. ,,band tails`` erklärt [57]. Dabei handelt es sich um Ladungsträgerzustände im verbotenen Band, die bei hochdotierten Halbleitern auftreten und für mögliche Tunnelströme verantwortlich sind.

Abbildung 5.4 zeigt den Bandkantenverlauf der simulierten ESAKI-Diode ohne angelegte Spannung. Die Überschneidung der Bänder beträgt dabei 0.085V.

  

Abbildung 5.4: Bandkantenverlauf der ESAKI-Diode ohne angelegte Spannung.

Der Strom steigt bei der Simulation schnell an, bis der maximale Tunnelstrom von $I_T=10^{-13}\mathrm A/\mu\mathrm m$ bei der Flußspannung von $0.05\mathrm V$ erreicht ist. Durch das kleiner werdende Feld nimmt der Tunnelstrom ab, bis schließlich der Effekt der fehlstellenunterstützten Rekombination den Strom dominiert. Bei noch höheren Flußspannungen wird das maximale Feld weiter reduziert, bis der SRH-Prozeß den Hauptanteil an den Rekombinationsprozessen ausmacht.

Abbildung 5.5 zeigt die IV-Kennlinie des selben Bauteils mit den Modellen nach (5.20), (5.2) und (5.4). Man erkennt den wesentlich stärkeren Einfluß des fehlstellenunterstützten Rekombinationsmodells, das keinen negativen differentiellen Widerstand bewirkt. Der stärkere Einfluß der fehlstellenunterstützten Rekombination im Vergleich zu [70] ist in [57] beschrieben. Abbildung 5.6 zeigt die IV-Kennlinie mit den Modellen nach (5.23), (5.19) und (5.9).

  

Abbildung 5.5: IV-Kennlinie der ESAKI-Diode im Temperaturbereich 300K und 500K. Die verwendeten Modelle entsprechen den Gleichungen (5.20), (5.2) und (5.4) für fehlstellenunterstütztes Band zu Band-Tunneln (TBB) und direktes Band zu Band-Tunneln (BB).

  

Abbildung 5.6: IV-Kennlinie der ESAKI-Diode im Temperaturbereich 300K und 500K. Die verwendeten Modelle entsprechen den Gleichungen (5.23), (5.19) und (5.9). Man erkennt die stärkere Bewertung des fehlstellenunterstützten Band zu Band-Tunnelns (TBB) im Vergleich zur vorhergehenden Simulation.