Unthreshold Impact Ionization by Virtual Electrons in Semiconductors under Streamer Discharge Excitation

Abstract

Impact ionization of semiconductors under ultrafast electric-field excitation at the streamer discharge front is theoretically investigated. It is shown that impact ionization is initiated by virtual electrons and is of unthreshold character unlike the known mechanisms of impact ionization in quasi-stationary field. Amplitudes and probabilities of the interband transitions are calculated. The lack of threshold conditions permits the momentum transmitted at impacts between particles to be very small which results in the increase of interband transition probabilities and concentrations of non-equilibrium carriers of charge. It is also shown that with increasing velocity of discharge propagation the intensity of ionization by virtual electron impact essentially increases, and the carrier concentrations achieve 10(16.5*1.5) ~m -~.StoRionisation von Halbleitern bei ultraschneller elektrischer Erregung an der Front einer Streamer-Entladung wird theoretisch untersucht. Es wird gezeigt, daR die StoRionisation ausgelost wird durch virtuelle Elektronen, und daR sie keine Schwelle besitzt, im Gegensatz zu den bekannten Mechanismen der StoRionisation im quasi-stationaren Feld. Amplituden und Wahrscheinlichkeiten der Intcrband-Ubergange werden berechnet. Das Fehlen von Schwellenbedingungen erlaubt sehr kleine Impuls-Ubertrage zwischen den Teilchen, was zur Folge hat, daD die Interband-Ubergangswahrscheinlichkeiten und Konzentrationen von Nichtgleichgewichts-Ladungstragern zunehmen. Ferner wird gezeigt, daR mit zunehmender Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Entladung die Ionisation durch virtuelle Elektronen stark zunimmt und die Tragerkonzentrationen Werte von ",') cm-3 erreichen.