3.1.1 Diskussion



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3.1.1 Diskussion

Primären Einfluß auf den Transport von Elektronen besitzen die energetisch am tiefsten gelegenen Minima des Leitungsbandes.

Entwickelt man die Beziehung an einem solchen Minimum, das auch als Tal bezeichnet wird, in eine Taylorreihe

 

und bricht man diese nach dem quadratischen Glied ab, so erhält man die Beschreibung durch eine konstanten effektive Masse,

 

Diese wird im allgemeinen Fall anisotrop sein. In Gleichung 3.1 wird über gleichlautende Indizes summiert. Mit diesem einfachen, parabolischen Band kann der Transport in Halbleitern aber nur unzureichend beschrieben werden [49]. Jedoch liefert eine Nichtparabolizitätskorrektur in der Form

ein hinreichend gutes Modell für verschiedene Halbleiter [21] [48] [66]. Zur Untersuchung von Effekten, die vom Hochenergieteil der Verteilungsfunktion abhängen, muß die Bandstruktur bei eben diesen höheren Energien genauer modelliert werden. Zu diesen Effekten zählen die Stoßionisation (Schwellwertenergie ca. ) und die Injektion heißer Ladungsträger in das Oxid eines MOS-Transistors (Schwellwertenergie ca. ).

Zur Untersuchung des ersteren Effektes wurden in [42] [97] die ersten beiden Leitungsbänder von Silizium in numerischer Form in der Simulation verwendet. Eine numerische Darstellung der vollen Bandstruktur, bestehend aus fünf Leitungsbändern für Elektronen in Silizium und GaAs, wurde von Fischetti und Laux im Programm DAMOCLES verwendet [24] [25] [59]. Dem hohen wissenschaftlichen Wert dieser Pionierrechnungen steht der enorme Bedarf an Rechenzeit und Hauptspeicher gegenüber.

Verschiedene Anstrengungen wurden unternommen, um Bandstruktureffekte - zumindest näherungsweise - mit weniger großem Aufwand einzubeziehen. Von Brunetti [10] wurde ein Bandmodell vorgeschlagen, das aus einem nichtparabolischen und drei parabolischen Bändern derart zusammengesetzt ist, daß die Zustandsdichte des realen Halbleiters möglichst gut approximiert wird. Dieses Modell wurde auch in einem zweidimensionale Bauelementesimulator implementiert [106]. Der Weg, von der realen Zustandsdichte auf eine künstliche, isotrope Bandstruktur zu schließen, wurde von Vogelsang beschritten [107].

Jedoch läßt die eine oder andere Form der Einbeziehung von Bandstruktureffekten das Problem offen, daß die Streuraten bei diesen hohen Energien nur mehr unzureichend mit der Goldenen Regel von Fermi (Siehe Abschnitt 2.4, Gleichung 2.47) beschrieben werden können [39] [97].


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Martin Stiftinger
Wed Oct 12 11:59:33 MET 1994