Influence of the density of states and overlap integral on impact ionization rate for silicon

상태밀도와 overlap integral이 실리콘내 전자의 임팩트이온화율에 미치는 영향

Impact ionization, which is a kind of a carrier-carrier interaction process occurring in a semiconductor under the influence of a high electric field, is necessary to analyse carrier transport properties. Since the parabolic or nonparabolic E-k relation is different from real band structure in high energy range, exact model of impart ionization have been presented using full band I-k relation and Fermi's golden rule. We have investigated relation of density of states, energy band structure and overlap integral. We make use of empirical pseudopotential method in order to calculate energy band structure of silicon, tetrahedron method in order to calculate density of states. We know density of states very depends on energy band structure and overlap integral depends on the primary electron energy.

임팩트이온화는 고전계하에서 고에너지를 지닌 캐리어간 산란으로써 전자전송해석에 필수적인 요소이다. 그러나 포물선 또는 비포물선 E-k관계는 고에너지에서 실제 밴드구조와 매우 상이한 결과를 나타내므로 임팩트이온화에 대한 정화한 모델은 풀밴드 E-k관계와 페르미의 황금법칙을 이용하여 제시하고 있다. 본 연구에서는 풀밴드를 이용하여 실리콘 임팩트이온화율에 영향을 미치는 상태밀도와 에너지밴드구조 관계, overlap integral의 에너지에 대한 변화를 조사 분석하였다. 실리콘의 에너지밴드구조를 구하기 위하여 경험적 의사포텐셜방법을 사용하였으며 상태밀도를 구하기 위하여 사면체방법을 사용하였다. 또한 임팩트이온화율을 구하기 위하여 페르미의 황금법칙들 사용하였다. 결과적으로 상태밀도는 에너지증가에 따라 단조 증가하는 임팩트이온화율과 달리 에너지밴드구조에 따라 변화하였다. 그러나 overlap integral은 에너지증가에 따라 큰 값을 갖는 분포가 증가함으로써 임팩트이온화율에 직접 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.