7.5.2 Die Stromintegration



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7.5.2 Die Stromintegration

Die wesentlichen Aspekte der Kontaktstromintegration sind schon in Abschnitt 6.3 kurz skizziert worden. Hier wird dasselbe Problem nochmals aus der Sicht der Kontaktbehandlung dargestellt.

In den Boxen, die an den Kontakt grenzen, wird (wie in allen Boxen eines Halbleitersegments) je eine Kontrollfunktion für das Potential und für die Konzentration jedes Ladungsträgertyps berechnet. Die Kontrollfunktion für das Potential besteht aus der Summe der aus der Box austretenden dielektrischen Flüsse zu den Nachbarboxen, vermindert um den in der Box durch Quellterme erzeugten Fluß.

Die Kontaktbox als Nachbarbox ist dabei in der Summation noch nicht enthalten, weil sich diese nur über die Nachbarn in demselben Halbleitersegment erstreckt. (Wie in Kapitel 6 beschrieben, werden ja Randbedingungen zwischen Segmenten von separaten Modellfunktionen behandelt.) Die Kontrollfunktion enthält den dielektrischen Fluß in den Kontakt noch nicht, ist daher unvollständig und kann nicht zu Null gesetzt werden.

Was zu Null gesetzt werden kann, ist die vervollständigte Kontrollfunktion

 

wobei die Kontrollfunktion der Randbox ist und der dielektrische Fluß in den Kontakt, dessen Box mit bezeichnet wird. Da jedoch am Kontakt das Kontaktpotential fix vorgegeben ist, wird, wie in Kapitel 6 beschrieben, diese Kontrollfunktion nicht als Gleichung für die Box benötigt; das Potential des Kontrollpunkts der Box wird vielmehr mittels Gleichung (6.16) mit dem Kontaktpotential verbunden.

Gleichung 7.50, die natürlich trotzdem erfüllt ist, kann zum Bestimmen des Gesamtflusses, der aus dem Kontakt austritt, herangezogen werden. Dieser Gesamtfluß entspricht der Oberflächenladung des Kontaktsegments, die an der Grenzfläche zu allen angrenzenden Halbleitern und Isolatoren auftritt. Mit

 

und (7.50) ergibt sich die Formel für diese Oberflächenladung:

 

Die Einzelteile der Summation wurden schon dadurch gebildet, daß die angrenzenden Boxen ihre Kontrollfunktionen zur Gleichung für die Oberflächenladung weitergeleitet haben. Das ist im Zug der Diskretisierung des Ohmschen Kontaktes (Abschnitt 6.3) geschehen. Bei der Behandlung des Kontaktes ist es nur noch notwendig, den Beitrag

 

zu addieren, und damit ist die Kontrollfunktion der Oberflächenladung fertig:

 

Die Addition des Beitrags (7.53) wird durch die Kontaktmodellfunktion vorgenommen; die Beiträge der Summation dagegen werden von den Randbedingungsmodellen, wie in Kapitel 6 beschrieben, ermittelt.

In analoger Weise werden von den Randboxen die Kontrollfunktionen der Kontinuitätsgleichungen der einzelnen Ladungsträgertypen weitergeleitet. Das geschieht ebenfalls im Rahmen der Modelle für die Randbedingungen. Dabei werden alle Ladungsträgertypen mit negativer Ladung (also alle Elektronentypen) zusammengefaßt, und ihre Kontrollfunktionen, die zusammen dem Elektronenstrom aus dem Kontakt entsprechen, werden an die Gleichung für den Elektronenstrom des Kontakts weitergegeben. Mit dem Zusatzterm

 

der wieder vom Kontaktmodell in die Gleichung eingebracht wird, ergibt sich die Kontrollgleichung des Elektronen-Kontaktstroms zu

 

Ebenso wird mit dem Löcherstrom, mit dem Leitungsstrom in nichtidealen Leitern (Ohmschen Leitern) und mit dem Pseudo-Induktionsstrom verfahren.

Der Grund für die Auftrennung des Stroms in Komponenten liegt darin, daß es damit möglich wird, zumindest an der Grenze Halbleiter/Kontaktsegment beispielsweise die Stromkomponenten von Elektronen und Löchern zu unterscheiden. Diese Komponenten kann man als Information dem Benutzer zur Verfügung stellen.



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Martin Stiftinger
Fri Oct 21 18:22:52 MET 1994