В электрическом поле вдоль канала транзистора электроны набирают энергию и передают ее фононам

В электрическом поле вдоль канала транзистора электроны набирают энергию и передают ее фононам, что соответствует переходу электрической энергии в тепло. В сильном электрическом поле повышается не только средняя кинетическая энергия (т.е. температура) колебаний атомов решетки TL, но еще в большей степени и температура электронов Te.

Тем не менее, проблему представляет не большинство электронов, обладающее средней энергией (пускай и повышенной по сравнению с равновесной температурой), а та небольшая доля электронов, сумевших получить аномально большую (по сравнению со средней) кинетическую энергию. Именно такие электроны могут вызывать процессы ударной ионизации, инжекции в окисел и дефектообразования.

Доля носителей с энергией, превышающей ~ 1,5 эВ, в случае равновесного максвелловского распределения ничтожна. В сильном поле распределение электронов по энергии становится сильно анизотропным, т.е. в распределении появляется выраженный «хвост» высокоэнергетических электронов (рис. 6.5).

 

 

 Энергетическое распределение электронов в сильных электрических полях

 

Вклад в ударную ионизацию вносят только электроны из высокоэнергетического «хвоста» распределения (закрашенная область на рис. 6.5) Формирование этого «хвоста» носит стохастический (т.е. случайный) характер. Дело в том, что скорость процесса потери электроном энергии лимитируется стохастическими процессами рассеяния на т.н. оптических фононах. Среднее количество актов рассеяния на длине канала современного транзистора (L< 100 нм) оценивается по формуле  (длина пробега электрона по энергии) и измеряется единицами. Это означает, что вероятность для электрона пройти весь канал без потери энергии достаточно велика. Если напряжение между стоком и истоком превосходит некоторую пороговую энергию , то горячие (высокоэнергетические) носители могут вызывать разнообразные процессы деградации.

Для приближенного количественного описания роли горячих носителей до сих пор важную роль играет введенная Шокли концепция «удачливых» (lucky) носителей, т.е. носителей, избежавших столкновений с потерей энергии до того, как они успели набрать в электрическом поле заданную энергию. Если средняя длина пробега по энергии , то вероятность отсутствия столкновения до набора энергии  в электрическом поле Е равна

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector