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 potencial necesaria para romper un estado de interfaz. El término "caliente" se refiere a la temperatura efectiva utilizada para modelar la densidad del portador, no a la temperatura general del dispositivo. Dado que los portadores de carga pueden quedar atrapados en el dieléctrico de puerta de un transistor MOS , las características de conmutación del transistor se pueden cambiar permanentemente. La inyección de portador caliente es uno de los mecanismos que afecta negativamente la confiabilidad 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 la puerta , que normalmente está hecho de dióxido de silicio (SiO 2 ).
Para calentarse y entrar en la banda de conducción de SiO 2 , un electrón debe ganar 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 efectiva utilizado al modelar la densidad del portador (es decir, con una función de Fermi-Dirac) y no se refiere a la temperatura global del semiconductor (que puede ser físicamente fría, aunque más cálida , cuanto mayor sea la población de electrones calientes, contendrá todo lo demás en igualdad de condiciones).
El término "electrón caliente" se introdujo originalmente para describir electrones (o huecos) que no están en equilibrio en semiconductores. [2] En términos más generales, el término describe distribuciones de electrones que se pueden describir mediante 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 en forma de túnel, en lugar de recombinarse con un agujero o ser conducidos a través del material hasta un colector. Los efectos consiguientes incluyen un aumento de la corriente de fuga y un posible daño al material dieléctrico envolvente si el portador caliente altera la estructura atómica del dieléctrico.
Se pueden crear electrones calientes cuando un fotón de radiación electromagnética de alta energía (como la luz) incide en un semiconductor. La energía del fotón se puede transferir a un electrón, excitando al electrón fuera 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 superar 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.