評論(0

速度過沖效應

標籤:載流子

1基本概念

速度過沖效應(Velocity overshoot effect)是半導體載流子在強電場作用下所產生的一種瞬態輸運現象。另外一種重要的瞬態輸運現象是彈道輸運
速度過沖效應所表現出來的效果就是載流子的漂移速度超過正常的定態漂移速度。這種效應對於小尺寸器件以及化合物半導體器件等的性能的影響比較大,可有效地提高器件的工作頻率和速度。
與速度過沖相對應的一種瞬態輸運現象是速度下沖,即是突然去掉強電場時所產生的漂移速度低於定態速度的一種現象。

2產生機理

產生速度過沖的原因就在於半導體中載流子的動量弛豫時間遠小於其能量弛豫時間,這實際上也就意味著,在強電場作用下,載流子能夠很快地獲得很大的動量,而相應地較難於獲得很高的能量。這是由於載流子在強電場作用下獲得動量的機理與獲得能量的機理不同所致。
由於晶體中能夠提供能量和動量的客體通常是聲學波聲子光學波聲子,而一般聲學波聲子的動量較大、能量較小,光學波聲子的能量較大、動量較小,所以在強電場作用下,載流子所獲得的動量主要是來自於聲學波聲子,而所獲得的能量則主要是來自於光學波聲子。
因為載流子從聲學波聲子處獲得動量的速度要大於從光學波聲子處獲得能量的速度,所以在強電場作用下,載流子即會很快地通過與聲學波聲子的散射而獲得動量、並達到很大的漂移速度,而與此同時其能量卻可能仍然將處於原來較低的狀態,需要通過較長一段時間才能達到相應的較高能量的狀態;於是,這時載流子的漂移速度就遠大於相應定態時的漂移速度——速度過沖,只有再經過一段時間,當能量也達到了較高的穩定狀態以後才恢復到定態的漂移速度。以過沖速度輸運的過程是一種瞬態過程,輸運速度不同於定態輸運。
類似地,如果突然撤去強電場,則載流子將很快失去動量,速度降低,但與此同時其能量的變化卻不能馬上跟上,則就出現速度下沖的現象。

3對器件性能的影響

速度過沖效應對於小尺寸器件以及化合物半導體器件等的性能的影響比較大,可有效地提高器件的工作頻率和速度。
由於不同的半導體,它們的動量弛豫時間與能量弛豫時間的差別的大小不相同,因此在不同半導體中的速度過沖效應所產生影響的效果也不相同。
由於Si中載流子的動量弛豫時間和能量弛豫時間比較接近,則載流子速度過沖的時間和過沖的距離都比較小,因此對於Si器件及其集成電路,只有在深亞微米器件、超大規模集成電路中才有一定的影響。
但在GaAs等化合物半導體中由於動量弛豫時間要比能量弛豫時間短得多,則速度過沖現象顯著,因此對器件性能的影響很大。

4常用舉例

對GaAs,在剛加上強電場的瞬間,Vd遠超過強電場時的飽和速度,並且最大的Vd值隨著 ε的增高而增大,這種瞬態速度超過定值得現象稱為速度過沖。
上一篇[HK758B]    下一篇 [GVC GD588H]

相關評論

同義詞:暫無同義詞