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The Quantum Zero Space Charge Model for Semiconductors

  • The thermal equilibrium state of a bipolar, isothermal quantum fluid confined to a bounded domain \(\Omega\subset I\!\!R^d,d=1,2\) or \( d=3\) is the minimizer of the total energy \({\mathcal E}_{\epsilon\lambda}\); \({\mathcal E}_{\epsilon\lambda}\) involves the squares of the scaled Planck's constant \(\epsilon\) and the scaled minimal Debye length \(\lambda\). In applications one frequently has \(\lambda^2\ll 1\). In these cases the zero-space-charge approximation is rigorously justified. As \(\lambda \to 0 \), the particle densities converge to the minimizer of a limiting quantum zero-space-charge functional exactly in those cases where the doping profile satisfies some compatibility conditions. Under natural additional assumptions on the internal energies one gets an differential-algebraic system for the limiting \((\lambda=0)\) particle densities, namely the quantum zero-space-charge model. The analysis of the subsequent limit \(\epsilon \to 0\) exhibits the importance of quantum gaps. The semiclassical zero-space-charge model is, for small \(\epsilon\), a reasonable approximation of the quantum model if and only if the quantum gap vanishes. The simultaneous limit \(\epsilon =\lambda \to 0\) is analyzed.

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Metadaten
Verfasserangaben:Andreas Unterreiter
URN (Permalink):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-6149
Schriftenreihe (Bandnummer):Berichte der Arbeitsgruppe Technomathematik (AGTM Report) (206)
Dokumentart:Preprint
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Jahr der Fertigstellung:1999
Jahr der Veröffentlichung:1999
Veröffentlichende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Datum der Publikation (Server):03.04.2000
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Fachbereich Mathematik
DDC-Sachgruppen:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 510 Mathematik
Lizenz (Deutsch):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vor dem 27.05.2011