Nonlinear size effects of hot electrons in semiconductor thin films

H. Lohvinov¹, Y. Gurevich² and O. Titov²

¹ SEPI, ESIME Culhuacán, Instituto Politécnico Nacional, Av. Santa Ana 1000, Col. San Francisco, Culhuacán, C.D. 04430, D.F., México, e-mail: georgiy-logvinov@mail.ru

² Depto. de Física, CINVESTAV del IPN, Apartado Postal 14-740, México, 07300 D.F., México

Recibido el 26 de noviembre de 2002. ]]> Aceptado el 2 de junio de 2003.

Abstract

Theory of nonlinear heat size effects is developed in semiconductor films in the presence of external d.c. electric field. It is supposed that this field is applied along the film surfaces. The electron temperature is introduced, and it is shown that it depends on the electric field and the film thickness. The main equations are obtained for calculation this temperature, and analysis is done for the case of the weak electron heating. The characteristic length of the problem is discussed. It is the electron cooling length measured on submicron scale. It is shown that the heat size effects arise in the case when this length is comparable or less of the film thickness.

Keywords: Semiconductors film; electron temperature; cooling length; size effects; nonlinear electric conductivity.

Resumen

Se desarrolla una teoría de los efectos de grosor en semiconductores cuyo grosor es del orden de la longitud de difusión (longitud de enfriamiento), la cual normalmente es de dimensiones submicronicas. Se supone que el campo eléctrico estático se aplica a lo largo de la superficie. La temperatura de los electrones se introduce bajo la suposición de que se cumpla la condición de dispersión cuasielástica sobre los fonones acústicos. Se muestra que la temperatura depende de la intensidad del campo eléctrico y del grosor de la película. Se presentan las ecuaciones fundamentales para calcular esta temperatura y se hace el análisis para el caso en que se tiene un calentamiento debil. Por otro lado, se presenta la discusión sobre la conductividad eléctrica no lineal.

Palabras clave: Películas semiconductoras delgadas; electrones calientes; longitud de enfriamiento; conductividad eléctrica no lineal; efectos de grosor.

PACS: 72.20.Ht; 73.50.Fq

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Referencicas

1. Z.S. Gribnikov, V.I. Mel'nikov, and T.S. Sorokina, Sov. Phys. Usp. 14 (1971) 113.         [ Links ]

2. A.I. Klimovskaya, O.V. Snitko, and S.I. Kirillova, JETP Lett. 11 (1970) 73.         [ Links ]

3. V.S. Zakordonets and G.N. Logvinov, Semiconductors 31 (1997) 265.         [ Links ]

4. V.F. Gantmakher and I.B. Levinson, Carrier Scattering in Metals and Semiconductors (North Hooland, New York, 1987).         [ Links ]

5. Yu.G. Gurevich and O.L. Mashkevich, Phys. Reports 181 (1989) 327.         [ Links ]

6. VS. Bochkov, Yu.G. Gurevich, JETP 35 (1972) 571.         [ Links ]

7. Yu.G. Gurevich, G.N. Logvinov, and N. Laricheva, Rev. Mex. Fés. 47 (2001)440.         [ Links ]