La inyección de portador caliente ( HCI ) es un fenómeno en los dispositivos electrónicos de estado sólido donde un electrón o un " agujero " gana suficiente energía cinética para superar una barrera de potencial necesaria para romper un estado de interfaz. El término "caliente" se refiere a la temperatura efectiva utilizada para modelar la densidad de portadores, no a la temperatura general del dispositivo. Dado que los portadores de carga pueden quedar atrapados en la puerta dieléctrica de un transistor MOS , las características de conmutación del transistor pueden cambiar permanentemente. La inyección de portadores calientes es uno de los mecanismos que afecta negativamente a la fiabilidad de los semiconductores.de dispositivos de estado sólido. [1]
El término "inyección de portador caliente" generalmente se refiere al efecto en los MOSFET , donde se inyecta un portador desde el canal conductor en el sustrato de silicio al dieléctrico de puerta , que generalmente está hecho de dióxido de silicio (SiO 2 ).
Para volverse "caliente" y entrar en la banda de conducción de SiO 2 , un electrón debe adquirir una energía cinética de ~3,2 eV . Para los agujeros, el desplazamiento de la banda de valencia en este caso dicta que deben tener una energía cinética de 4,6 eV. El término "electrón caliente" proviene del término de temperatura efectivo que se usa cuando se modela la densidad de portadores (es decir, con una función de Fermi-Dirac) y no se refiere a la temperatura general del semiconductor (que puede ser físicamente frío, aunque cuanto más caliente esté). , mayor será la población de electrones calientes que contendrá todo lo demás siendo igual).
El término "electrón caliente" se introdujo originalmente para describir los electrones (o agujeros) que no están en equilibrio en los semiconductores. [2] En términos más generales, el término describe distribuciones de electrones descriptibles por la función de Fermi , pero con una temperatura efectiva elevada. Esta mayor energía afecta la movilidad de los portadores de carga y, como consecuencia, afecta la forma en que viajan a través de un dispositivo semiconductor. [3]
Los electrones calientes pueden salir del material semiconductor como un túnel, en lugar de recombinarse con un agujero o ser conducidos a través del material hacia un colector. Los efectos consiguientes incluyen un aumento de la corriente de fuga y un posible daño al material dieléctrico que lo envuelve si el portador caliente altera la estructura atómica del dieléctrico.
Se pueden crear electrones calientes cuando un fotón de alta energía de radiación electromagnética (como la luz) golpea un semiconductor. La energía del fotón se puede transferir a un electrón, sacando al electrón de la banda de valencia y formando un par electrón-hueco. Si el electrón recibe suficiente energía para salir de la banda de valencia y sobrepasar la banda de conducción, se convierte en un electrón caliente. Dichos electrones se caracterizan por altas temperaturas efectivas. Debido a las altas temperaturas efectivas, los electrones calientes son muy móviles y es probable que abandonen el semiconductor y viajen a otros materiales circundantes.