Transport parameters of hot electrons in GaAs at 300 K

Gasquet, D.; Murcia, M. de; Nougier, J. P.; Gontrand, Christian

doi:10.1016/0378-4363(85)90353-5

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“…These values are widely used for MC simulations, although there is some controversy about the intervalley coupling coefficients which may affect significantly diffusion coefficients around the threshold field [4,20].…”

Section: Resultsmentioning

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“…Although electron transport in GaAs has been widely investigated, the diffusion properties have been less extensively studied. Experimental [2,3] and theoretical [4,5] studies of diffusion in non-degenerate GaAs may be found in the literature. Calculations of diffusion coefficients of the degenerate two-dimensional electron gas in GaAs [6] and Si [7] have been reported, for liquid-helium temperature and very low electric field.…”

Section: Introductionmentioning

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Oleg Matveevich Nefedov

2006

Russ. Chem. Rev.

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Standard Monte Carlo methods for calculating diffusivity fail when the degeneracy of the electron gas is important. We apply a recently proposed Monte Carlo procedure in order to study diffusion coefficients in degenerate bulk GaAs at 77 K. Two sets of electrons are simulated, the first one representing the uniform 'background' electron density and the second one accounting for additional 'excess' electron concentration. The diffusion coefficients are calculated accounting for 'excess' electrons only. We compare the results obtained using this method with those obtained using the standard technique. We report diffusivity-field characteristics for several electron concentrations. Obtained zero-field values are in good agreement with those predicted by the Einstein relation. We found that, in the low-field region, diffusion coefficients evolve quite slowly with the electric field and the isotropy is conserved.

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Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

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Oleg Matveevich Nefedov

2006

Russ. Chem. Rev.

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“…Initial measurements of the PSD versus electric field in GaAs exhibited a peak at an electric field around the onset of negative differential resistance (∼ 2 − 3 kV cm −1 ) [32]. Although the quantitative results may have been complicated by a non-negligible time-domain response of the electric circuit used in the experiment [33], later measurements using microwave pulses confirmed the trend [34,35]. The first numerical investigations of noise phenomena in GaAs focused primarily on calculating the diffusion coefficient at high fields [36], noting that the high-field diffusion coefficient differed substantially from that predicted using the Einstein relation [37,38].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 93%

“…Figure 5: PSD versus electric field for the three cases as described in the text. None of the calculated cases are able to reproduce the peak in the PSD near 3 kV cm −1 that appears in the experimental data: PSD from noise temperature and differential mobility measurements (filled circles [34] and open circles [35]), and from time of flight experiments (triangles [32]).…”

Section: E Current Psdmentioning

confidence: 99%

High-field transport and hot electron noise in GaAs from first principles: role of two-phonon scattering

Cheng,

Sun,

Sun

et al. 2022

Preprint

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High-field charge transport in semiconductors is of fundamental interest and practical importance. While the ab initio treatment of low-field transport is well-developed, the treatment of high-field transport is much less so, particularly for multi-phonon processes that are reported to be relevant in GaAs. Here, we report a calculation of the high-field transport properties and power spectral density (PSD) of hot electrons in GaAs from first principles including on-shell two-phonon (2ph) scattering. The on-shell 2ph scattering rates are found to qualitatively alter the high-field distribution function by increasing both the momentum and energy relaxation rates as well as contributing markedly to intervalley scattering. This finding reconciles a long-standing discrepancy regarding the strength of intervalley scattering in GaAs as inferred from transport and optical studies. The characteristic non-monotonic trend of PSD with electric field is not predicted at this level of theory, indicating that off-shell 2ph or other processes play a fundamental role in high-field transport. This observation highlights how ab initio calculations of PSD may be used as a stringent test of the electron-phonon interaction in semiconductors.

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“…Su densidad espectral asociada es independiente con la frecuencia hasta valores comparables al inverso del tiempo de relajación del momento de los portadores; se trata por tanto de un fenómeno tipo "ruido blanco". E El estudio de este tipo de ruido se puede efectuar a través de las siguientes expresiones fundamentales: -El teorema de Nyquist [Nyquist 1928]: determina la densidad espectral de las fluctuaciones de la corriente o del voltaje asociadas a este tipo de ruido: Es posible extender la aplicabilidad del teorema de Nyquist a todas las frecuencias [Gasquet et al 1985]:…”

Section: A2 1 En Equilibrio Ruido Térmicounclassified

Análisis de los Fenómenos de Transporte y Ruido Electrónico en Transistores MOSFET y SOI Submicrométricos

Estévez¹

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Objetivos y estructura de la tesis v de Silicio es un parámetro importante por lo que hemos considerado en las simulaciones dos posibles valores para este parámetro, 30 nm y 50 nm, lo que nos permitirá además evaluar su influencia. De nuevo, el estudio será efectuado de manera completa, desde las magnitudes internas hasta los parámetros de ruido.4 En el Capítulo VI nos centraremos en el análisis de dispositivos FDSOI MOSFET fabricados. Además de comentar los principales detalles del proceso de fabricación y del procedimiento experimental de extracción de parámetros, llevaremos a cabo la comparación de los resultados de nuestra simulación MC2D con las medidas obtenidas en laboratorio. Tal comparación nos permitirá por una parte, evaluar la capacidad de nuestro simulador para reproducir los resultados experimentales medidos en laboratorio para los dispositivos reales, y por otra parte, encontrar el origen físico del comportamiento de los mismos. Por último trataremos de dar algunas indicaciones acerca de cómo sería posible mejorar las principales figuras de mérito de estos dispositivos.4 Como complemento, hemos añadido dos apéndices. En el primero mostraremos los principales parámetros físicos considerados en nuestra simulación, así como resultados obtenidos para la simulación de material Silicio, que confirman a un nivel inicial la validez del modelo empleado. En el segundo apéndice, comentaremos algunos aspectos de interés relacionados con el origen del ruido y los modelos compactos para el estudio del ruido propios de los transistores MOSFET.Esperamos que esta Memoria resulte agradable e interesante para el lector, y que en la medida de lo posible hayamos cumplido los objetivos de rigor científico, claridad y amenidad a los que intentamos ajustarnos desde un principio. Índice viii II. 4. Caracterización de pequeña señal 33 II. 4. a) Parámetros Admitancia 33 II. 4. b) Circuito equivalente de pequeña señal 34 II. 5. Caracterización de ruido 37 II. 5. a) Magnitudes básicas en el estudio del ruido 38 II. 5. b) Parámetros de ruido. Análisis de ruido en un dispositivo de 3 terminales 39 II. 5. c) Parámetros α, β y C 40 II. 5. d) Figura mínima de ruido. Resistencia de ruido. Ganancia asociada 41 III. El transistor MOSFET: análisis cuantitativo 45 III. 1. El porqué del Silicio 46 III.2. La estructura MOS 48 III.3. El transistor MOSFET 58 III. 3. a) Funcionamiento básico del transistor MOSFET 58 III. 3. b) Modelos analíticos del MOSFET para análisis DC 62 1. Modelo lineal 62 2. Modelo cuadrático 63 3. Modelo de carga en volumen 64 4. Cálculo de capacidades. Modelo de Meyer 66 III. 3. c) Simulación Monte Carlo de un transistor MOSFET 67 1. Característica I-V 69 2. Concentración de portadores 71 3. Campo eléctrico. Potencial 72 4. Energía y velocidad 75 IV.2. Efectos reales en el transistor MOSFET 129 IV. 2. a) Cargas en el óxido 130 IV. 2. b) Polarización del substrato 132 IV. 2. c) Reducción de la movilidad efectiva 132 IV. 2. d) Control del voltaje umbral 133 IV. 2. e) Dependencia con la temperatura 134 IV. 2. f) Conduc...

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Transport parameters of hot electrons in GaAs at 300 K

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Oleg Matveevich Nefedov

High-field transport and hot electron noise in GaAs from first principles: role of two-phonon scattering

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