ЭВОЛЮЦИЯ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫХ ЛАВИН И СТРИМЕРОВ В НЕПРЯМОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ
Кюрегян А.С.

Поступила в редакцию: 30 Января 2009

PACS: 51.50.+v, 52.35.-g, 52.80.-s, 72.20.Ht

DJVU (868.4K)

PDF (1230.2K)

Проведено численное моделирование зарождения и эволюции стримеров в полупроводниках. Использовалось диффузионно-дрейфовое приближение с учетом ударной и туннельной ионизации. Предполагалось, что внешнее электрическое поле E₀ постоянно и однородно, лавина и стример аксиально-симметричны, фоновые электроны и дырки отсутствуют, а все их кинетические коэффициенты равны. Подробно изучены линейная эволюция электронно-дырочной лавины, лавинно-стримерный переход и две последовательные стадии эволюции стримера - промежуточная «диффузионная» и основная экспоненциально-автомодельная. Показано, что стример похож на гантель с коническими грузами. Основания этих конусов - фронты стримера - представляют собой тонкие оболочки, содержащие почти весь заряд стримера и по своей форме очень близкие к половинкам эллипсоидов вращения. Фронт распространяется так, что неизменными остаются его форма и форма «груза» гантели, максимальное поле на фронте и плотность электронно-дырочной плазмы в грузах. Напряженность поля за фронтом много меньше E₀, но увеличивается по мере приближения к «ручке» гантели, диаметр которой растет со временем t за счет поперечной диффузии. Концентрация электронов и дырок в ручке увеличивается за счет ударной ионизации в почти однородном поле, которое лишь немного меньше E₀. Во время «диффузионной» стадии длина стримера и радиус кривизны его фронта увеличиваются с постоянными скоростями, которые определяются не только ударной ионизацией и дрейфом, но и диффузией. В относительно слабом поле ( МВ/см для кремния) эта стадия завершается из-за возникновения неустойчивости фронта. В более сильном поле до начала неустойчивости начинает проявляться туннельная ионизация, которая приводит к возникновению стримера нового типа. Его главной особенностью является устойчивый экспоненциальный рост всех пространственных масштабов с одной и той же постоянной времени t_R, так что при больших t концентрации носителей заряда и напряженность поля зависят только от одной векторной переменной . Это означает, что асимптотически решение задачи Коши, описывающей эволюцию стримера в однородном поле, является экспоненциально-автомодельным.