Optimierung der elektrischen Eigenschaften von lateralen ...

Kapitel 2 Grundlagen der numerischen Modellierung
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Abbildung 2.5: Teilprozesse der direkten Auger‐Rekombination.
2.3.3 Stoßionisation
Außer durch thermische Energie und Lichtanregung entstehen Generationsvorgänge
noch durch Stoßionisation („Avalanchegeneration“). Bei einem hinreichend hohen
Feld werden die Träger in der Raumladungszone so kräftig beschleunigt, dass sie bei
Stößen mit dem Gitter neue Elektron‐Loch‐Paare auslösen. Die so erzeugten Elektro‐
nen und Löcher erfahren durch den Feldeinfluss weitere Zusammenstöße mit dem
Gitter und generieren dabei lawinenartig weitere Trägerpaare. Dieser Prozess findet
statt, wenn die elektrische Feldstärke einen kritischen Wert Ekrit (≈ 3 ⋅10 5 V/cm bei
Silizium) überschreitet. Bei Erreichen des Lawinendurchbruchs steigt der Sperrstrom
abrupt an. Der Avalanchedurchbruch ist der am häufigsten auftretende Durch‐
bruchmechanismus bei Leistungsbauelementen. Er ist reversibel, sofern keine ther‐
mischen Schäden auftreten.
Definiert man die inverse mittlere freie Weglänge zwischen zwei Zusammenstößen,
die ein Elektron‐Loch‐Paar erzeugen, als Stoßionisationskoeffizienten αi, so kann die
Generationsrate dargestellt werden durch
||
G = α n v + α p v
n
n
p
p
(2.43)
wobei vn für die Driftgeschwindigkeit der Elektronen und vp für die
Driftgeschwindigkeit der Löcher steht. Der Stoßionisationskoeffizient ist im
Bauelementesimulator als Modell von Chynoweth [Chy58] implementiert:
⎛ b ⎞
i
i ( E ) ai
exp⎜
γ
α || = γ − ⎟ ; i = n,
p
(2.44)
⎜ E ⎟
⎝ || ⎠