Инжекция горячих носителей ( HCI ) — это явление в твердотельных электронных устройствах, когда электрон или « дырка » получают достаточную кинетическую энергию для преодоления потенциального барьера , необходимого для нарушения состояния интерфейса. Термин «горячий» относится к эффективной температуре, используемой для моделирования плотности носителя, а не к общей температуре устройства. Поскольку носители заряда могут попасть в диэлектрик затвора МОП-транзистора , характеристики переключения транзистора могут быть постоянно изменены. Инжекция горячих носителей — один из механизмов , отрицательно влияющих на надежность полупроводников.твердотельных устройств. [1]
Термин «горячая инжекция носителей» обычно относится к эффекту в полевых МОП -транзисторах , когда носитель инжектируется из проводящего канала в кремниевой подложке в диэлектрик затвора , который обычно изготавливается из диоксида кремния (SiO 2 ).
Чтобы стать «горячим» и войти в зону проводимости SiO 2 , электрон должен набрать кинетическую энергию ~3,2 эВ . Для дырок смещение валентной зоны в этом случае диктует, что они должны иметь кинетическую энергию 4,6 эВ. Термин «горячий электрон» происходит от термина эффективной температуры, используемого при моделировании плотности носителей (т. е. с функцией Ферми-Дирака), и не относится к объемной температуре полупроводника (который может быть физически холодным, хотя чем теплее, тем , тем больше популяция горячих электронов он будет содержать при прочих равных условиях).
Термин «горячий электрон» первоначально был введен для описания неравновесных электронов (или дырок) в полупроводниках. [2] В более широком смысле этот термин описывает распределение электронов, описываемое функцией Ферми , но с повышенной эффективной температурой. Эта большая энергия влияет на подвижность носителей заряда и, как следствие, на то, как они проходят через полупроводниковое устройство. [3]
Горячие электроны могут туннелировать из полупроводникового материала вместо того, чтобы рекомбинировать с дыркой или проходить через материал к коллектору. Последующие эффекты включают увеличение тока утечки и возможное повреждение диэлектрического материала корпуса, если горячий носитель разрушает атомную структуру диэлектрика.
Горячие электроны могут образовываться, когда высокоэнергетический фотон электромагнитного излучения (например, света) сталкивается с полупроводником. Энергия фотона может передаваться электрону, возбуждая электрон из валентной зоны и образуя электронно-дырочную пару. Если электрон получает достаточно энергии, чтобы покинуть валентную зону и выйти за пределы зоны проводимости, он становится горячим электроном. Такие электроны характеризуются высокими эффективными температурами. Из-за высоких эффективных температур горячие электроны очень подвижны и могут покинуть полупроводник и попасть в другие окружающие материалы.