Modélisation et caractérisation des phénomènes de transport électronique dans les semiconducteurs par la méthode de Monte Carlo: Cas des composés 6H-SiC et GaAs

Abstract

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.