A Study on the Temperature- and Field-Dependent Impact ionization for GaAs

GaAs임팩트이온화의 온도와 전계의존특성에 대한 연구

As device dimensions are lastly scaled down, impact ionization(I.I.) events are very important to analyze hot carrier transport in high energy region, and the exact model of impact ionization is demanded on device simulation. We calculate full band model by empirical pseudopotential method and the impact ionization rate is derived from modified Keldysh formula. We calculate impact ionization coefficients by full band Monte Carlo simulator to investigate temperature-and field-dependent characteristics of impact ionization for GaAs. Resultly impact ionization coefficients are In good agreement with experimental values at 300k. We know energy is increasing along increasing the field. while energy is decreasing along increasing the temperature since the phonon scattering rates for omission mode are very high at high temperature. The logarithmic fitting function of impact ionization coefficients is described as a second orders function for temperature and field. The residuals of the logarithmic fitting function are mostly within 5%. We know, therefore, logarithm of impact ionization coefficients has quadratic dependence on temperature and field, and we can save time of calculating the temperature- and field-dependent impact ionization coefficients.

임팩트이온화현상은 소자의 크기가 점점 작아지면서, 높은 에너지에 있는 hot carrier 전송을 해석하기 위해 매우 중요하므로 소자의 시뮬레이션에 정확한 임팩트이온화모델이 필수적이다. 본 연구에서는 의사포텐셜방법을 사용하여 full 밴드모델을 구하고, 임팩트이온화율은 수정된 Keldysh 공식을 이용하여 유도하였다. 본 연구에서는 GaAs 임팩트이온화의 온도와 전계에 대한 의존특성을 조사하기 위하여 Monte Carlo 시뮬레이터를 제작하여 임팩트이온화계수를 구하였다. 결과적으로, 임팩트이온화계수는 300K에서 실험 값과 잘 일치하였다. 또한 에너지는 전계가 증가할수륵 증가하고, 높은 온도에서는 포논산란의 emission mode가 높기 때문에 에너지가 감소함을 알 수 있었다. 임팩트 이온화의 대수 fitting 함수 식은 온도와 전계에 대해 2차 식으로 표현하였다. 대수 fitting 함수의 오차는 대부분 5%이내에 머물렀다. 그러므로 대수 식으로 표현된 임팩트이온화계수는 온도와 전계에 의존함을 알았고, 온도와 전계에 의존하는 임팩트이온화계수를 구하는데 시간을 절약할 수 있다