Modélisation et caractérisation des phénomènes de transport électronique dans les semiconducteurs par la méthode de Monte Carlo: Cas des composés 6H-SiC et GaAs
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Date
2016-12-01
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Résumé (Français) :
Nos investigations portent sur le phénomène du transport électronique dans les matériaux 6H-SiC et GaAs, choisis pour leur différence de gap et de champ électrique de claquage. Pour cela, nous avons utilisé un programme de simulation numérique écrit en langage C++, basé sur la méthode de Monte Carlo.
La méthode choisie pour intégrer la structure de bande dans le programme de simulation utilise deux modèles comprenant respectivement 3 et 5 vallées non-paraboliques. Le champ électrique est appliqué dans la direction perpendiculaire à l’axe c pour la structure hexagonale de 6H-SiC et dans la direction <100> pour GaAs de structure cubique. Notre simulation permet de suivre les évolutions d’un ensemble de particules au cours du temps sous l’action d’un champ électrique. En régime stationnaire, on détermine leur vitesse de dérive, leur énergie, leur mobilité ainsi que les coefficients de repopulation des vallées. Notre programme de calcul permet également d’étudier l’influence du régime de survitesse en phase transitoire, sur l’évolution de l’énergie moyenne des porteurs de charge. Enfin, nous avons comparé nos résultats à d’autres résultats de la littérature spécialisée. Les résultats obtenus avec le modèle 5-vallées, comparés avec des résultats théoriques et expérimentaux s’avèrent meilleurs que ceux du modèle 3 vallées, pour des champs forts. Ils sont, par ailleurs, très proches des résultats obtenus par le modèle « full band » qui inclut toute la structure de bande d’énergie. Nous en concluons que la prise en compte de 5 vallées pour 6H-SiC et 4 vallées pour GaAs suffit à rendre compte de tout le transport électronique dans ces matériaux, même pour des champs extrêmes, proches des champs de claquage, ce qui permet un gain très substantiel en effort de calcul.
Les mots clés : Transport électronique, cinq vallées, full band, composants électroniques, Monte Carlo.
Résumé (Anglais) :
Our investigations focus on the electronic transport phenomenon in 6H-SiC and GaAs materials, chosen for their different gaps and breakdown fields. For this purpose, we used a C++ numerical simulation program, based on the Monte Carlo method.
The method chosen to incorporate the band structure in the simulation program uses two models including 3 and 5 non-parabolic valleys respectively. The electric field is applied in the direction perpendicular to the c axis for the 6H-SiC hexagonal structure and in the <100> direction for GaAs cubic structure. Our simulation allows us to track a set of electrons over time under the action of an electric field. In steady state conditions, we determined their drift velocity, their energy, their mobility as well as the valleys occupancy. Our calculation program also allows us to study the influence of the velocity overshoot that appears in the transient state, on the evolution of the average energy of the charge carriers. Finally, we compared our results with other results of the literature. Compared with theoretical and experimental results, our 5-valley results are better than those from the 3-valley model for high fields. They are, moreover, very close to the results obtained by the "full band" model which includes the entire energy band structure. We conclude that taking into account 5 valleys for 6H-SiC and 4 valleys for GaAs is quite enough to account for all electronic transport in these materials, even for extreme field strength, close to breakdown conditions, which is considerably less computer-time consuming than the use of a full band model..
Keywords :: Electron transport, Five-valley, Full Band, Monte Carlo, Electronics Component
Description
Doctorat en sciences
