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基于全带蒙特卡罗模拟理解硅和锗中的平均电子-空穴对产生能

DOI：10.1109/TNS.2018.2879593 期刊：IEEE Transactions on Nuclear Science 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:21
摘要： 采用全带蒙特卡罗模拟方法研究载流子输运过程，对低于10电子伏特电荷载流子的热化过程进行了分析。模拟获得的产生一个热化电子-空穴对所需的平均能量损失值（硅为3.69电子伏特，锗为2.62电子伏特）与高能粒子辐照下硅和锗的实验测量辐射电离能非常接近。这些结果表明：只有当辐射产生的电荷载流子衰减至约10电子伏特或更低能量后发生的相互作用，才决定了辐射电离能这一基本特性。除通过碰撞电离损失相当于带隙能量的能量外，先前研究中被忽略的声学声子发射贡献了剩余载流子能量损失的30%，而光学声子发射则贡献了其余的70%。
作者： Jingtian Fang，Mahmud Reaz，Stephanie L. Weeden-Wright，Ronald D. Schrimpf，Robert A. Reed，Robert A. Weller，Massimo V. Fischetti，Sokrates T. Pantelides
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研究概述 实验方案

研究目的

通过全带蒙特卡罗模拟研究硅和锗中产生热化电子-空穴对（EHP）所需的平均能量，以理解与EHP产生相关的能量损失机制。

研究成果

研究得出结论：硅中约3.69电子伏特和锗中约2.62电子伏特的辐射电离能，可通过最低能带中的载流子输运来解释，除通过碰撞电离造成的带隙能量损失外，声学声子和光学声子发射均作出显著贡献。该发现通过强调声学声子发射在能量损失过程中的作用，拓展了先前的认知。

研究不足

这些模拟计算量极大，将模拟时间限制在不超过1纳秒的可接受计算时长范围内。此外，在所考虑的时间尺度内，该研究未考虑肖克利-里德-霍尔复合或俄歇复合效应，也未包含器件温度和掺杂浓度对平均电子-空穴对产生能的影响。

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