6.2 Äquivalenz der Modelle



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6.2 Äquivalenz der Modelle

In einer stark inhomogenen Situation sind die Beweglichkeit und die Temperaturspannung Funktionale der lokalen Verteilungsfunktion. Weist das elektrische Feld nur eine schwache, räumliche Variation auf, so wird die lokale Verteilungsfunktion eindeutig durch das lokale Feld bestimmt. Dann ist aber auch für die Transportkoeffizienten eine eindeutige Feldabhängigkeit gegeben. Bei der Anwendung des hybriden Transportmodelles muß sicher gestellt sein, daß die Transportkoeffizienten, die aus dem Monte-Carlo-Modell bei homogenen Feld resultieren, mit den lokalen Koeffizienten des erweiterten Drift-Diffusionsmodelles übereinstimmen.

Im folgenden wird ein lokales Modell für die Beweglichkeit und die Temperaturspannung beschrieben, das von Hänsch et al. [33] [34] [36] [38] entwickelt wurde und das in MINIMOS [35] [37] implementiert ist.

Die Herleitung dieses Transportmodelles erfolgt über die ersten vier Momentengleichungen der Boltzmanngleichung. In Gegensatz zu älteren Arbeiten, in denen von einer verschobenen Maxwellverteilung ausgegangen wird [6], wird jetzt die Verteilungsfunktion nach ihren Momenten entwickelt. Dieser Ansatz hat den Vorteil, daß die Streuterme in konsistenter Weise mitbehandelt werden können. Die Auswertung der Streuterme, im besonderen der Impulsabgabe- und der Energieabgaberate, ergibt eine Abhängigkeit der Impuls- und Energierelaxationszeit von den Momenten in der Form

 

 

, und sind konstant bezüglich der Momente.

Die Strom- und Energiestromdichte, und , entsprechen dem ersten beziehungsweise dem dritten Moment. Ein wesentliches Ergebnis ist, daß die Energierelaxationszeit nicht von den Momenten abhängt.

Als Stromgleichung ergibt sich in diesem Modell die in Abschnitt 4.2.1 angegebene erweiterte Drift-Diffusionsstromgleichung 4.28. Diese Stromgleichung wird deshalb als erweitert bezeichnet, weil im Gegensatz zum klassischen Drift-Diffusionsmodell eine variable Temperaturspannung, die eine Beschreibung heißer Elektronen in erster Näherung erlaubt, zugelassen wird.

Um Modelle für und zu erhalten, bedient man sich der lokalen Näherung. Unter der Voraussetzung homogener Materialeigenschaften und konstantem Feld werden in den vier Momentengleichungen die örtlichen Ableitungen null gesetzt, wodurch sich ein einfach zu lösendes, algebraisches Gleichungssystem ergibt. Für Elektronen lautet das Ergebnis dieser Rechnung

 

 

Darin bedeuten die Niederfeldbeweglichkeit, die Sättigungsgeschwindigkeit und die Temperaturspannung bei Umgebungstemperatur. Es ist bemerkenswert, daß eine Feldabhängigkeit für die Beweglichkeit in dieser Form bereits früher auf empirischem Weg gefunden wurde [52].





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