Modélisation hydrodynamique des phénomènes de transport de porteurs chauds et de l'ionisation par impact dans les dispositifs à semiconducteurs

par Mohammad Hamza

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Jean-Pierre Chante.


  • Résumé

    Dans le domaine de l'optimisation de la tenue en tension des dispositifs de puissance, l'utilisation d'un outil de simulation et de modèles physiques permettant l'étude des phénomènes de transport et d'injection de porteurs chauds et de l'ionisation par impact est indispensable. Actuellement, il n'existe aucun modèle assez satisfaisant pour décrire ces phénomènes dans le cadre de la simulation isotherme à base du modèle de dérivé-diffusion (DDM). Nous avons développé un modèle hydrodynamique (HDM) et des modèles de la mobilité et de l’ionisation par impact exprimés en fonction de l’énergie des porteurs. D'autre part, nous avons développé un modèles hydrodynamique (HDM) et des modèles de la mobilité et de l’innovation par impact exprimé en fonction de l'énergie des porteurs. D'autres part, nous avons développé un schéma orignal de discrétisation et un outil de simulation bidimensionnel pour les dispositifs à semi conducteurs (SIMULADD) pendant cette étude. Pour valider le modèle hydrodynamique et le schéma de discrétisation, nous avons simulé le transport de porteurs chauds à travers une diode p-i-n de puissance. Les résultats obtenus montrent en particulier l'intérêt du HDM pour décrire le phénomène de diffusion non isotherme à travers les jonctions p-n. Nous étudions aussi l'influence de la structure de bandes sur le phénomène de transport dans le volume du dispositif et sur la tension de claquage en particulier

  • Titre traduit

    = Hydrodynamic modelling of hot carrier transport and impact ionization phenomena in semiconductor devices


  • Résumé

    It's taken for granted that drift-diffusion model (DDM) is not adapted for the simulation of hot carrier phenomena ant their related problems in semiconductor devices. Particularly, in the domain of optimisation of high-voltage behaviour of power devices where the impact ionisation and hot-carried injection across the semiconductor-passivation interface play an important role, the available physical models describing these phenomena are not sufficient. In this thesis, we present an hydrodynamic model (HDM) treating some major inconveniences of the classic hydrodynamic models. We propose new models for the carrier drift mobility and impact ionisation rate as functions of the mean carrier energy. On the other hand, we have developed an original discretisation scheme and a two-dimensional device simulation tool (SIMULADD) during this study. In order to validate our HDM and our discretisation scheme we have simulated the transport of hot carrier across a power p-i-n diode. The result we obtained show the efficiency of the HDM to describe the non isothermal diffusion phenomenon across p-n junction. Also, we studied the influence of the band structure on the carrier transport phenomena in the bulk and the breakdown voltage in particular.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (234 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.p.xx-xx.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(1548)
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