Origine du bruit dans les dispositifs à semiconducteurs

The main definitions and quantities of physical interest, related to noise measurements, are first given. The noise sources involved in semiconductors are given. The interest of noise measurements in semiconducting materials are pointed out, as a way for getting informations on both technological aspects and transport parameters. The modern ways for modelling the noise of devices are then given, and the specific problems arising in submicron devices are indicated.Après avoir donné les principales définitions et grandeurs physiques liées au bruit, on indique les principales sources de bruit dans les semiconducteurs. On montre ensuite l'intérêt des mesures de bruit dans les matériaux, en tant que moyen de caractérisation technologique et physique. On indique ensuite quelles sont les méthodes modernes de modélisation du bruit des composants, et on termine en mettant l'accent sur les problèmes spécifiques rencontrés dans les composants submicroniques

Foreword

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DURATION OF COLLISIONS IN SEMICONDUCTORS

Une des hypothèses de validité de l'équation de Boltzmann est que les collisions sont instantanées. Nous montrons dans cet article que, pour les interactions usuelles dans les semiconducteurs, la durée de collision peut être estimée à ≈ 5 x 10-13 sec et n'est donc pas négligeable devant la durée de libre parcours moyen.One of the basic hypothesis involved in the Boltzmann equation is that the collisions are instantaneous. In this paper it is shown that, for usual scattering processes in semiconductors, the collision duration can be estimated to be ≈ 5 x 10-13 sec, which is therefore not at all negligible compared with the mean free flight duration

n-Type silicon at 77 K : hot carrier noise and not generation recombination noise

The experimental excess noise current in n-Si at 77 K is compared with the theoretical generation-recombination (GR) noise. The discrepancy between the theory and the experiment shows that the usual formalism describing the GR noise is not valid in that case. The observed noise is either hot carrier diffusion noise, eithe hot carrier GR noise, that is GR noise with electric field dependent parameters.Le courant de bruit mesuré dans Si-n à 77 K est comparé au bruit de génération-recombinaison (G-R) théorique. Le désaccord entre la théorie et l'expérience montre que la formulation habituelle du bruit G-R n'est plus valable dans le cas de porteurs chauds. Le bruit observé est soit du bruit de diffusion de porteurs chauds, soit du bruit G-R de porteurs chauds, c'est-à-dire du bruit G-R dont les paramètres dépendent du champ électrique

NOISE AND DIFFUSION IN p-TYPE SILICON

La théorie des fluctuations de la fonction d'occupation d'états, développée très récemment, et la notion de temps de relaxation différentiel, permettent de donner ici l'expression du coefficient de diffusion transversal, qui est calculé numériquement dans si-p en fonction du champ électrique à 300 K entre 0 et 50 kV/cm.The theory of the fluctuations of the state occupancy function, recently developped, together with the differential relaxation time, allow getting the transverse diffusion coefficient, which is computed in p-type Silicon, as a function of the electric field, at 300 K, from 0 to 50 kV/cm

Transient Solution Determination of the Boltzmann Equation Using a Polynomial Expansion

The transient and stationary Boltzmann equation are solved by using a Legendre-Laguerre polynomial expansion for p-Si. Its resolution technique is based on a least-square fitting algorithm. We show this method to be as accurate as the exact ones (particular or direct iterative process); the great interest lies on its fast computation, roughly 200 times faster than a monte-Carlo code for instance, for the same accuracy

TRANSIENT REGIMES OF HOT CARRIERS IN p-TYPE SILICON

On compare les régimes transitoires obtenus, sur Si-p à 300 K, par simulation de Monte Carlo et résolution itérative de l'équation de Boltzmann : l'accord est excellent. Le régime transitoire : a) dépend assez peu des formes de bandes d'énergie, b) dépend beaucoup de l'énergie initiale, une augmentation de celle-ci peut faire disparaître la survitesse, c) dépend peu de la forme de la distribution initiale. Dans tous les cas, le régime transitoire déterminé en utilisant les équations dynamiques donne un accord très satisfaisant avec les précédentes simulations.A comparison is made between transient regimes obtained, on p-Si at 300 K, by a Monte Carlo simulation and by an iterative solution of the Boltzmann equation : the agreement is excellent. The transient regime : a) depends relatively few on the energy bandshapes ; b) Is strongly dependent on the initial energy, the increase of which may lead to a disappearance of the velocity overshoot ; c) Slowly depends on the shape of the initial distribution function. In every cases, the transient regime computed using the balance equations is in very satisfactory agreement with the previous simulations