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학위논문 상세정보

Monte Carlo 기법을 사용한 반도체 내의 Non-Stationary Carrier Transport에 관한 연구 원문보기
Non-Stationary Carrier Transport in Semiconductors by Monte Carlo Method

  • 저자

    李政勳

  • 학위수여기관

    수원대학교

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    電子材料工學

  • 지도교수

  • 발행년도

    2000

  • 총페이지

    vi, 55 p.

  • 키워드

    Monte Carlo기법 반도체 Non-Stationary Carrier Transport;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T8954394&outLink=K  

  • 초록

    Submicron 범위의 VLSI나 화합물 반도체 소자의 제작 시도는 여러 단계의 단위 공정의 개발이 선행되어야 하기 때문에 실험결과를 얻기까지 막대한 연구시간과 연구비가 소모된다. 따라서 소자의 특성에 대한 이해와 분석, 소자의 구조적 상과 물리적 현상의 시각적 파악 및 분석을 위해서는 실제의 실험에 앞서 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션은 필수적이며, 개발비용의 효율성을 증대시킨다는 면에서 device simulator의 역할이 매우 커지고 있다. 본 논문에서는 Monte Carlo 기법을 사용한 기존(K. Tomizawa)의 FORTRAN program을 응용하여 반도체 재료 내에서의 캐리어 이동에 대해서 분석, 비교하였다. 운동량 공간의 단독 캐리어의 운동을 모의실험 하는 single particle Monte Carlo 방법의 원리를 이용하여 bulk GaAs, bulk Si을 통과하는 캐리어의 움직임을 분석하였다. Bulk GaAs의 경우, 전장의 세기가 약 4[㎸/㎝]이상이 되면 전자속도가 감소하는 부분이 확인됐는데, 이것으로 NDC(Negative Differential Conductance) 영역이 존재함을 알 수 있었다. 반도체 내에서의 non-stationary electron transport가 존재함을 확인하기 위하여 ensemble Monte Carlo 방법을 사용하였다. 일정한 전계 하에서 bulk GaAs, bulk diamond, bulk Si내의 overshoot을 확인한 결과, GaAs의 경우 0.1㎛에서, Si의 경우 0.05㎛에서, diamond의 경우 0.2㎛에서 발생함을 알 수 있었다. Monte Carlo 기법을 이용한 소자 시뮬레이션을 검증하기 위하여 K. Tomizawa가 고안한 n^+-i-n^+ diode를 시뮬레이션 해본 결과, 단위 소자 내의 캐리어 산란 및 이동 현상의 조사에 유용함을 알 수 있었다.


    Fabrication of a new submicron VLSI or compound semiconductor device requires the development of individual processing steps that normally entails a great deal of investment in time and capital resources. In order to minimize the investment spent in experimentation, the importance of a device simulator is being widely recognized to the extent that it provides a means to analyze the material and device characteristics and understand the behavior of the finished devices. In this study, utilizing published Fortran algorithms by K. Tomizawa, the electron scattering and transport behavior in bulk Si, bulk GaAs, and bulk diamond was studies by using single-particle and ensemble Monte Carlo method. In terms of key results, the single-particle Monte Carlo simulation revealed clearly the phenomena of NDC (Negative Differential Conductance) in bulk GaAs under an electric field greater than about 4 ㎸/㎝. Time dependent non-stationary carrier transport phenomena was revealed by the ensemble Monte Carlo simulation, as evidenced by velocity overshoot at the start of the carrier flight. The velocity overshoot was significant within 0.1㎛ of the starting point in bulk GaAs, within 0.05㎛ for bulk Si, and within 0.2㎛ in bulk diamond. As the device dimension shrinks, the result indicate, the operating speed can be significantly enhanced by the velocity overshoot of the carriers, particularly in GaAs and diamond devices. Finally, the carrier scattering and transport in an individual device was examined by utilizing an n^+-i-n^+ GaAs diode. Confirming the earlier result by K. Tomizawa, the non-stationary carrier transport phenomena was observed throughout the electron flight from the cathode to the anode.


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