質問: siバンドギャップと絶縁破壊 (1)si結晶のバンドギャップは1.12ev (2)絶縁破壊電界は0.3mv/cm程度 のようですが、(2)は(1)から概算できるのでしょうか?
回答: バンドギャップが大きいと絶縁破壊電界が高くなることは確かですが、数値的に算出はできません。 バンドギャップにしろ、絶縁破壊電界にしろ、明確に分かりきってないためです。 例えば、各半導体に対して絶縁破壊電界強度を特定することは出来ません。半導体の絶縁耐力(耐圧)は、耐圧保持領域で自由電子や正孔が加速されてシリコン原子に衝突して電子を切り離す現象が正帰還的に起こる電圧です。 ところが、この時の衝突電離係数が未だに正しく理解されてません。例えば、自由電子の衝突電離係数はシリコンでこそ正孔の値よりも大きいですが、ゲルマニウムや最近話題のsicでは逆です。この理由の簡明な説明はなされていません。 また、シリコンやゲルマニウムのバンドギャップは通常1.1evと0.6evと言われてます。これは間接遷移に相応する値ですが、その他に直接遷移に相応する値があります。さらに、高エネルギー加速器で使われる半導体検出器では、正孔-自由電子発生エネルギーとしてさらに大きい値が使われています。 絶縁破壊電界は一つの目処です。サブミクロンで数vの耐圧を保持する微細構造デバイスの絶縁破壊電界は、数百μmで数千vの耐圧を保持するパワーデバイスよりも一桁程度大きいのです。 また、高エネルギーの衝突電離現象においては、正孔-自由電子の対発生は間接遷移に限られない可能性が高いはずです。 現状はこのような状況です。バンドギャップから絶縁破壊電界を算出できるのは遙か先の段階になります。