The dependence of diffusion length, lifetime and emitter Gummel-number on temperature and doping

ContentsIn this paper systematic study of the temperature and doping dependences of the energy gap, the diffusion length, the lifetime and the emitter-Gummel number is presented. Based on a special transistor structure, the above parameters could be measured. The doping concentration in the base varies from 1016/cm3 to 4×1018/cm3 while the temperature changes from 100 K to 340 K. It is found that the band gap narrowing is smaller than that published in some literature while it agrees with that recently published by del Alamo and Swanson [25]. This result is fully discussed and explained in the text. The diffusion length is nearly independent of temperature, which is interesting for device modeling. On the other hand, the diffusion length decreases with the doping concentrationNA. The measured lifetime τ is inversely proportional to doping concentration with powerm wherem=0.6–0.2 depending on temperature. The results show an exponential increase of the emitter Gummel-number with temperature and an increase with doping concentration in the base.ÜbersichtDie Arbeit gibt eine systematische Studie wieder über die Temperatur- und Dotierungsabhängigkeit des Bandabstandes, der Diffusionslänge, der Trägerlebensdauer sowie der Emitter-Gummelzahl. An einer speziell präparierten Transistor-Struktur konnten diese Parameter gemessen werden. Die Dotierungskonzentration in der Basis variierte von 1016 cm−3 bis 4×1018 cm−3, während sich die Temeraturänderung über den Bereich von 100 K bis 340 K erstreckte. Es zeigt sich, daß die Verminderung des Bandabstandes kleiner ist als in einem Teil der Literatur publiziert, daß sic aber übereinstimmt mit dem von del Alamo und Swanson [25] kürzlich veröffentlichten Wert. Dieses Ergebnis wird ausführlich diskutiert und erklärt. Die Diffusionslänge ist annähernd unabhängig von der Temperatur, was für die Bauelemente-Modellierung von Interesse ist. Andererseits nimmt die Diffusionslänge mit wachsender DotierungskonzentrationNA ab. Die gemessene Ladungsträgerlebensdauer τ ist proportionalNA−m, wobeim=0,6–0,2 beträgt, abhängig vom Temperaturbereich. Die Ergebnisse zeigen einen exponentiellen Anstieg der Emitter-Gummelzahl mit der Temperatur und eine Zunahme mit der Dotierungskonzentration der Basiszone.