The Role of a radial ion-track distribution in semiconductors studied by numerical simulations

数値計算によるイオントラックの空間分布が半導体に及ぼす役割の解析

小野田 忍; 平尾 敏雄; 大島 武; 伊藤 久義

Onoda, Shinobu; Hirao, Toshio; Oshima, Takeshi; Ito, Hisayoshi

イオントラックの空間分布が、高エネルギー重イオンが半導体に入射することで発生する異常ノイズ(過渡電流)に及ぼす役割を解析した。イオントラック半径をさまざまに変えた条件で数値計算を実施し、過渡電流波形を求めた。実験結果と計算結果を比較した結果、数MeVの重イオンの場合、イオントラックの空間分布は過渡電流にほとんど影響を及ぼさないことがわかった。しかしながら、数百MeVの高エネルギー重イオンの場合、過渡電流波形はイオントラックの空間分布に大きく左右される結果が得られた。両者の違いは、イオントラック中心のキャリア密度が異なることによる移動度の違いに由来すると考えられる。数値計算においてイオントラック半径をペナンブラ半径と同等、もしくは小さい値とすることで、数値計算により実験結果をよく再現できることが明らかとなった。

The effects of radial ion track distribution on the unexpected noise (transient current) in semiconductors by a high energy heavy ion strike have been studied. The measured transient currents were compared with the numerically observed one, which was calculated with the wide variety of ion track radii. In the case of low energy (several MeVs) ion, the calculated transient currents were independent of the radial track distribution. However, in the case of high energy (several hundreds of MeVs) ion, the transient currents strongly depend on the radial track distribution. This difference is interpreted in terms of the carrier concentration at the core of track, resulting in the extremely different carrier mobility. When the radius of ion track used in numerical simulator was shorter than, or equivalent to, the penumbra radius, the reasonable agreement was found between experimental and calculated transient currents.