Distribution électronique anisotrope dans les semiconducteurs purs au voisinage de l'avalanche

Abstract

Nous présentons une étude de la distribution électronique dans les semiconducteurs purs soumis à des champs électriques E intenses, permettant de rendre compte du phénomène d'ionisation par choc à travers la largeur de bande interdite ϵi. Dès que la concentration électronique est inférieure à 1015 cm−3, les collisions interélectroniques ne suffisent plus pour maintenir la distribution isotrope et la notion de température électronique n'est alors plus valable. D'autres mécanismes de relaxation sont cependant efficaces et nous considérons particulièrement les cas de diffusion par phonons acoustiques ou optiques. Nous montrons que dans le dernier cas, une partie de la distribution (pour des énergies ϵ > ϵ0(E)), est constituée essentiellement d'électrons dont le moment est dans la direction du champ électrique; ces électrons appelés „balistiques”︁ sont ceux qui, accélérés dans le champ électrique, atteignent une énergie supérieure à ϵi, et causent l'ionisation par choc. Nous séparons la distribution à l'état stationnaire en trois classes: ϵ < ϵ0, ϵ0 < ϵ < ϵi, ϵ < ϵi et calculons les probabilités de transition d'une classe à l'autre. Nous obtenons alors les populations des trois classes en fonction du champ électrique et déduisons enfin la caractéristique courant‐tension. Les résultats numériques sont donnés pour plusieurs semiconducteurs, et en particulier le champ de claquage à différentes températures. Si la distribution reste relativement isotrope, la contribution de la partie anisotrope n'en est pas moins efficace, le temps de relaxation des porteurs étant de cinq ordres de grandeur plus faible que leur durée de vie. Nous comparons cette théorie avec les résultats expérimentaux sur InSb.