Article

Monte Carlo determination of electron transport properties in gallium arsenide

Royal Radar Establishment, Malvern, Worcestershire, England
Journal of Physics and Chemistry of Solids (Impact Factor: 1.59). 09/1970; DOI: 10.1016/0022-3697(70)90001-6

ABSTRACT A Monte Carlo technique has been used to calculate the electron distribution functions in the (000) and (100) valleys of gallium arsenide. This method avoids having to make any of the conventional approximations used to solve the Boltzmann transport equation, but instead evaluates the distribution function exactly once the scattering rates have been specified. Polar, acoustic and relevant intervalley scattering processes have been included, together with the non-parabolicity and wavevector dependence of the cell-periodic part of the Bloch functions in the (000) valley. The structure found in the distribution function in the (000) valley is interpreted in terms of the energy dependence of the scattering processes, particular reference being made to the prediction of a population inversion for fields in excess of about 10 . The mobility, mean energy, and electron population in each valley and the mean velocity are calculated as functions of the electric field strength, and comparison is made with previous theoretical results and the experimental data.

0 Bookmarks
 · 
129 Views
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: 100 нм с использованием разработанного авторами программного комплекса. Ключевые слова: численное моделирование полупроводниковых прибо-ров, метод Монте-Карло, интегральный МОП-транзистор Вопросам моделирования процессов переноса носителей заряда методом Мон-те-Карло как в объемных полупроводниках, так и в полупроводниковых приборных структурах, включая активные элементы СБИС и УБИС, а также структуры с низко-размерным электронным газом, к настоящему времени посвящено достаточно боль-шое число работ. Краткий обзор важнейших из них был дан, например, в [1]. Приме-нительно к рассматриваемым в данной статье задачам этот метод является непрямым численным методом решения кинетического уравнения Больцмана. Принято считать, что первой работой, в которой была показана возможность моделирования процессов переноса носителей заряда в полупроводниковых средах методом Монте-Карло, была статья [2]. В ней были опубликованы результаты расче-та функции распределения горячих носителей заряда в p-Ge, что продемонстрирова-ло огромные возможности исследования кинетических явлений в полупроводниках этим методом. Другой основополагающей работой, послужившей той отправной точкой, после которой началось интенсивное использование метода Монте-Карло для исследования кинетических явлений в полупроводниках, явилась работа [3]. Именно в ней разрабо-тана и подробно описана численная кинетическая модель переноса электронов в объ-емном GaAs и доказано, что результаты численного моделирования позволяют полу-чить в стационарном случае функцию распределения, удовлетворяющую соответст-вующему уравнению Больцмана. Отметим также, что доказательство для нестацио-нарного процесса переноса носителей было приведено в [4]. В работе [5] введено по-нятие саморассеяния носителей заряда, позволившего значительно повысить эффек-тивность процедуры Монте-Карло. Различным аспектам численного моделирования переноса носителей заряда в объемных полупроводниковых средах применительно к моделированию их электро-физических свойств этим методом посвящена монография [6].
  • Source
    European Journal of Applied Mathematics 04/2014; 25(2). · 1.08 Impact Factor
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: A comprehensive numerical simulation has been developed in order to obtain a greater understanding of the operation and limitations of non-planar devices. The simulation employs a new, extremely flexible finite-difference scheme which is capable of fitting a two dimensional mesh to any user defined device domain. The simulation has been used to analyse a coplanar varactor diode, results for which are presented.The model has been extended to investigate the effects of surface states on device perfor-mance. Introduction The development of monolithic microwave integrated circuits (MMICs) has stimulated particular interest in surface orientated GaAs devices. These devices frequently require intricate, non-planar geometries and complex doping profiles. For example, a coplanar varactor diode has been developed for inclusion in an MMIC oscillator where the topology complements that of the surface orientated GaAs MESFET (fig, 1). The capacitance-voltage characteristics of these devices depend directly on the donor doping profile of the epitaxial layer and in order to obtain a maximum capacitance change, a hyperabrupt doping profile is often used (fig. 2). At high bias, the edge of the depletion region is pushed into the low doped region of the epitaxial layer. The sloping sidewall, which is produced by selective etching, was developed to limit the sideways spread of the depletion region at these bias voltages and limit the resulting capacitance change.