תרגום לעברית עבור: הבנת וחשיבה של Diffusion אורך חומרים Semiconductor

הבנת אורך Diffusion בפיסיקה Semiconductor

אורך Diffusion עומד כאחד הפרמטרים הקריטיים ביותר בפיסיקה והנדסת למחצה, באופן יסודי לקבוע כיצד מכשירים אלקטרוניים מבצעים ביישומים בעולם האמיתי.מדידה אופיינית זו מייצגת את המרחק הממוצע של נושאות מטען - אלקטרונים בחומרים מסוג N-type או חורים בחומרי p-type - יכולים לנסוע דרך מוליכים למחצה לפני שהם recombine עם ספקים מנוגדים, להפסיק לתרום לחשיבות של חשמל רב-מול, כמעט לכל תאים פוטו-מולסטיים מודרניים, אשר משמשים כמעט, אשר משתמשים בפוטנציה, כמעט, אשר משתמשים כמעט, כדי להפוך את מערכת הדמיה של חשמל מתקדמת, אשר משתמשים כמעט, כמעט, כמעט, אשר מופעלת תאים סולרית, אשר מופעלת, אשר מופעלת תאים סולרית, אשר מופעלת תאים סולרית, אשר מופעלת למחצה, אשר מופעלת, כמעט, כמעט, אשר מופעלת תאים סולריים, כמעט, אשר מופעלת, אשר מופעלת תאים סולריים, כמעט, כמעט, כמעט, אשר משתמשים בהדמייתיים, אשר מופעלת, כמעט, אשר מופעלת תאים סולריבית, כמעט, כמעט, כמעט, כדי להפוך תאים סולריים, אשר מופעלת תאים סולריים, כמעט, אשר מופעלת, אשר מופעלת תאים סולידית תאים סולידית תאים סולידי

החשיבות המעשית של הבנה וקביעת דיוק אורך דיפוזיה לא ניתן overstated עבור מהנדסים וחוקרים עובדים בעיצוב מכשיר Semiconductor וטכנולוגיית חומרים. כאשר אורך דיפוזיה הם אופטימיזציה עבור יישומים ספציפיים, מכשירים להשיג יעילות גבוהה יותר, תכונות ביצועים טובות יותר, ושיפור אמינות.converse, דיווני דיפוזיה לא מספיק יכולים להגביל את המכשיר באופן חמור, צמצום יעילות ההמרה תאים סולאריים, הגבלת מעבר במהירויות רחבות אלה, פרמטרים, כדי לבחון את יסודות דחיסות פיזיקלציה.

מושג יסוד: מהו אורך Diffusion?

אורך Diffusion מחלחל המרחק האופייני שנושאי המטען יכולים לנוע בתוך חומר למחצה דרך תהליך של דיפוזיה לפני שהם עוברים ריבאובציה. Diffusion עצמו הוא מנגנון תחבורה המונע על ידי ⁇ ריכוז ולא שדות חשמליים - רוכב באופן טבעי מעבר מאזורים של ריכוז גבוה לאזורים של ריכוז נמוך, כמו כמה טיפות של דיו מתפשט דרך מים אקראיים אלה, כאשר יש זרימה מעגלית של פעילות חשמלית, כאשר קיים מנועים של חומרים מגובה של מנועים של חומרים מסובייקטנים, כמו גם חומרים פגומים של חומרים.

מושג אורך הפיזור עולה מן המשחק בין שני תהליכים מתחרים: התחבורה הטבולית של ספקים דרך החומר ואובדן של ספקים באמצעות אירועים של Recombination. as נשאים מתרחקים מנקודת הדור או ההזרקה, הם עומדים בפני הסתברות אי פעם של הדבקה עם ספקים מנוגדים, ביעילות הסרתם מן האוכלוסייה של המטענים הניידים.

במונחים של מכשירים מעשיים, אורך דיפוזיה ארוך יותר מאפשר לנשאים לחצות מרחקים גדולים יותר בתוך חומר המוליכים למחצה לפני recombining, אשר מוכיח חיוני עבור ארכיטקטורות מכשירים רבים. בתא סולארי, למשל, ספקים פוטו-גנטיים חייבים לנסוע מנקודת הבריאה שלהם בשכבה המבצעת הספוגה לצומת שבו הם יכולים להיות מופרדים ונאספים.

הפיזיקה מאחורי חברת Diffusion

Diffusion as a Transport Mechanism

דיפוזיה נושאת במוליכים למחצה עולה מן התנועה התרמית של נושאי מטען בשילוב עם וריאציות מרחביות בריכוז המוביל.בכל טמפרטורה סופית מעל אפס מוחלט, ספקים יש אנרגיה תרמית אשר גורמת להם לנוע באופן אקראי דרך הליטקטי. בעוד מסלולים של נושא בודדים הם אקראיים ובלתי צפויים, כאשר ריכוז ⁇ קיים, מכניקה סטטיסטית כי יותר ספקים יעברו מריכוז גבוה לאזורים נמוכים יותר, מאשר בכיוון ההפוך.

צפיפות נוכחית diffusion עבור אלקטרונים יכול להיות מובע מתמטית פרופורציה ל ⁇ של ריכוז אלקטרונים, עם היחסיות קבוע להיות אלקטרו-פוזיה coefficient. בדומה, הדחיסות הנוכחית של חור תלויה בריכוז החור ⁇ ואת הקורטוז coefficient.מערכות יחסים אלה, הידוע כחוק הראשון של Fick של diffusion מוחל על מוליכים למחצה, צורה הקרן עבור תחבורה צינורות במקום מנועים חשמליים.

תהליכי Recombination

Recombination מייצג את התהליך שבו אלקטרונים חופשיים וחורים להשמיד זה את זה, להחזיר את המוליכים למחצה לכיוון איזון תרמי. כמה מנגנונים פיזיים נפרדים יכולים לתווך מחדש בחומרים מוליכים למחצה, כל אחד עם תלות שונה בתכונות חומריות, רמות מינון, ותנאי הפעלה.הקצב שבו recombination מתרחשת באופן יסודי קובע את החיים, אשר הופך ישירות את אורך ההיתוך.

(FLT:0) RecombinationFLT:1) מתרחש כאשר אלקטרונים בלהקת ההתנהגות מעברים ישירות ללהקה הסגלגל, recombining עם חור ופלט פוטון עם אנרגיה בערך שווה ל- Bandgap. תהליך זה שולט במוליכים למחצה ישירות כמו גליום (GaAs) והוא למעשה רצוי באור, כמו גם חומרים מקודמים כגון שימורים, אך פחות יעילים כמו לייזרים, כמו לייזרים עם זאת, כמו גם חומרים מקודמת LED-uppative.

(FLT:0 ;shockley-read-Hall (SRH) recombinationFuaLT:1, נקרא גם recombination-resed מלכודות, מתקדם דרך מדינות פגומות או רמות נחיתות בתוך ה-Sgap שפועלת כמו דחיסות של מצבים של אלקטרו-חור מושפעת-חור, אלקטרון הראשון מקבל נתפס על ידי מלכודת, אז חור נתפס על ידי אותו מלכודת, ומלכודת, בדרך כלל, ותפקוד של סיליקון, ורמת סיליקון, בדרך כלל, ותפקוד של סיליקון, ורמת רמת סיליקון, ותפקוד שונה, בדרך כלל, ותפקוד של אטומית, ורמת אטומים של אטומים של אטומים של אטומית, ותפקוד שונה, בדרך כלל, ותפקוד של אטומית, ותפקוד של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים, בדרך כלל, בדרך כלל, ומלכודת, ומלכודת, ותפקוד, ותפקוד, בדרך כלל, ומלכודת, ותפקוד,

(FLT:0)Auger recombinationFLT:1 כולל שלושה חלקיקים: אלקטרונים ובור recombine, אבל במקום פולט תמונה, האנרגיה מועברת לנושא שלישי (או אלקטרון או חור אחר) אשר נרגש למצב אנרגיה גבוה יותר.זה תהליך ייצור גבוה או הזרקת רמה גבוהה הופך חשוב יותר ויותר בריכוזים גבוהים, כגון באזורים דו-ממדיים או אינטנסיביים, המייצגים אלה תחת מגבלות בסיסיות, תחת תנאי תפעוליות גבוהה.

חברת Lifetime

חיי נשא ( ⁇ ) לכמת את הזמן הממוצע שנושא קיים במצב הנייד שלו לפני שהוא מגיע מחדש. ליתר דיוק, אם נושאים עודף נוצרים במוליכים למחצה ומקור הדור הוסר, ריכוז נושא עודף מתכווץ באופן אקספוננציאלי עם זמן קבוע שווה לקיום החיים של המוביל. פרמטר זה משקף ישירות את יעילות התהליכים של Recombination בחומר - חומרים עם פחות פגמים ונחיתות נמוכה יותר מוצגים בדרך כלל מרכזי חיים פחות.

מנגנוני התחדשות שונים תורמים לשיעור ההשבחה הכולל, וחיי החיים של המוביל יעילים יכולים להתבטא בשילוב של חיי החיים האישיים הקשורים לכל אחד מהמנגנונים.במוליכים למחצה מעשיים רבים, תהליכים רבים של ריבאום מרובים מתרחשים בו זמנית, ואת התהליך המהיר ביותר (הזמן הקצר ביותר) נוטה לשלוט בהתנהגות ההשבחה הכוללת.

מסגרת מתמטית: Calculating Diffusion אורך

משך ה-Diffusion אורך השוויון

אורך הטבול (L) עבור נושאי מטען במוליכים למחצה מחושב באמצעות מערכת יחסים אלגנטית להפליא המחברת את ההרחבה diffusion ו-Life המוביל:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

במשוואה זו, D מייצג את המקדם diffusion (מחוש ב- ס"מ / s), ו ⁇ מייצג את חיי נושאת החיים (מחושים בשניות) את אורך הפיזור של L יש יחידות של אורך, בדרך כלל בא לידי ביטוי במיקרומטרים (μm) או ס"מ ( ס"מ) בהתאם לשיפור החומרי והיישומים.מערכת הבסיסית זו חושפת התנהגות מדרג חשוב: להכפיל את החיים או דיפונקציה משמעותית של היתוך (pfppppppp) רק על ידי שיפור משמעותי של חומרים סגסוגת יעילה של 1.2 (אפקטיביים) רק שיפור ⁇ 1) על ידי שיפור משמעותי של 1.

הפרשנות הפיזית של משוואה זו הופכת ברורה כאשר שוקלים את טבע ההליכה האקוורטי של דיפוזיה של נושאת.במשך החיים שלה ⁇ , נושאת עוברת הרבה התנגשויות תרמיות אקראיות, כל אחד גורם לעקירה קטנה.המרחק הכולל נע בעקבות דפוס הליכה אקראי, ואת העקירת החורים שורש-mean-square העקומה לאחר זמן ⁇ ⁇ קשקשים כמו שורש של המוצר של קומפוזיציה דיפוזה וזמן, הניבציה, אשר חל על פני זמן, אשר באופן כללי, אשר חל על פני אורך החיים של אלקטרו-פוזה ואורך הדם, אשר חלים שונים, אשר חלים, באופן כללי, אשר חלים, באופן כללי, באופן כללי, אשר חלים, באופן כללי, באופן כללי, אשר חלים של אלקטרוורציה שונה, אשר חלים שונים, באופן כללי, באופן כללי, אשר חלים, אשר חלים, באופן כללי, באופן כללי, באופן כללי, אשר חלים על ידי אלקטרו-פוחיות שונה, אשר באופן כללי, אשר חלים על ידי פיזור אלקטרונים, באופן כללי, באופן כללי, באופן כללי, באופן כללי, אשר נוצר את אורך חיים ייחודי, אשר חלים, אשר חלים, באופן כללי, כולל של הנפח, באופן כללי

Diffusion Coefficient ו- איינשטיין Relation

ה- D יעיל דיפוזיה מגדיר כמה מהר חברות מתפשטות בתגובה לריכוז ⁇ . פרמטר זה אינו עצמאי, אך קשור באופן אינטימי לניידות המוביל דרך יחסי איינשטיין, אחד מהיחסים הבסיסיים בפיסיקה מוליכים למחצה:

בביטוי זה, μ מייצג את הניידות המוביל (מחוש ב סנטימטר2 / Vs), k הוא קבוע של בולצמן (1.38 × 10-23 J / K), T הוא הטמפרטורה המוחלטת ב Kelvin, ו q הוא המטען היסודי (1.60 × 10-19 C) הכמות lT /q, לעתים קרובות נקרא מתח תרמי, שווה בערך 26 מ"ר בחדר (300) פיזור של מנגנונים אקראיים אחרים של פיזיקלינטים, כלומר, כלומר, כלומר, שני מנגנונים אקראיים של חומרים אחרים, כלומר, כלומר, כלומר, מנגנונים אקראיים של חומרים אחרים של פיזיקליים, כלומר, כלומר, ⁇ ⁇ ⁇ , כלומר, כלומר, כלומר, 2 מנגנונים אקראיים של חומרים אחרים, כלומר, כלומר, ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , 2.

יחסי איינשטיין מאפשרים לנו לשכתב מחדש את משוואה אורך הפיזור במונחים של ניידות ולא דיפוזיה coefficient:

(ב) ⁇ =0= ⁇ = ⁇ = ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ניסוח זה מוכיח שימושי במיוחד משום שניידות וחיי החיים הם לעתים קרובות הפרמטרים שנמדדים ישירות או מדווחים באופיון למחצה (T=300 K), המתח התרמי kT/q ⁇ 0.0259 V, כך המשוואה מפשטת:

אלקטרון ו-Holl Diffusion אורך

ברוב החומרים והמכשירים, האלקטרונים והחורים מוצגים תכונות תחבורה שונות בשל ההמונים היעילים השונים שלהם ופיזור המאפיינים. כתוצאה מכך, עלינו להבחין בין אורך הפיזור האלקטרוני (L n) לבין אורך הטבול (L p):

(ב) ⁇ =0=============== ⁇ = ⁇ = ⁇ = ⁇ =========================================================================================================================================================================])

(ב) ⁇ =0=0=== ⁇ (D p × ⁇ p) = ⁇ (μ p × (kT/q) × ⁇ p)uaFLT:1

בסיליקון בטמפרטורת החדר, למשל, ניידות אלקטרונים (μ n ⁇ 1400 ס"מ / Vs) עולה באופן משמעותי על ניידות החור (μ p ⁇ 450 ס"מ / Vs), ומחזור החיים האלקטרוני לעתים קרובות שונה מחיי החיים של חור בהתאם לסוג ה מינון וריכוז. הבדלים אלה מתכוונים כי פיזור אלקטרוני בדרך כלל עולה על פני מהירויות של חורים במכשירי סיליקון, אשר יש השלכות חשובות עבור עיצוב - כל סוג של פעילות של תאים רלוונטי עבור כל אחד של תאים.

דוגמה: סיליקון סולר

שקול תא סולארי קריסטל סיליקון שבו אנחנו צריכים לחשב את נושאת המיעוט (אלקטרוני) אורך דיפוזיה באזור הבסיס p-type. נניח שהחומר מאופיין בתכונות הבאות:

ניידות אלקטרון: μ n= 1200 ס"מ / Vs
חיים אלקטרון: ⁇ n= 100 מיקרומטר = 1.0 × 10-4 s
T=300 K

ראשית, אנו מחשבים את ה- האלקטרונים diffusion coefficient באמצעות יחסי איינשטיין:

D n = μ n × (kT/q) = 1200 ס"מ2/Vs × 0.0259 V = 31.1 ס"מ / s

לאחר מכן, אנו ליישם את הנוסחה באורך דיפוזיה:

L n= ⁇ (D n × ⁇ n) = ⁇ (31.12 /s × 1.0 × 10-4 s) = ⁇ (3.11 × 10-3 ס"מ = 0.056 ס"מ = 560 μm = μm = 385 × 10-3 × 10-3 ס"מ = 0.056 = 560 × 385 × × 385 385 × × × × × × × × × × × × × 385 × 385 560 385 385 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × ×

אורך דיפוזיה זה של 560 מיקרומטר מציין כי אלקטרונים פוטו-גנדרו בבסיס p-type יכולים לנסוע מעל חצי מ"מ לפני recombining, אשר מצוין עבור יישומי תאים סולאריים.אורך דיפוזיה ארוך זה מאפשר אזור הבסיס להיות עבה יחסית (בדרך כלל 200-300 מיקרומטר תאים מסחריים), המאפשר ספיגה משמעותית תוך איסוף רוב photoerated אסטרטגיות אם הם צריכים רק מעודן גבוה יותר.

גורמים המשפיעים על אורך Diffusion ב Semiconductors

איכות חומרית וגרפיקה

הטוהר והגביע השלמות של חומרים מוליכים למחצה מפעילים השפעה עמוקה על אורך דיפוזיה באמצעות ההשפעות שלהם על חיי נושא. אי-נוחות, פגמים, חסרונות, גבולות דגנים כל להציג מצבי אנרגיה בתוך ה- bandgap שפועלים כמרכזי Recombination באמצעות מנגנון ה-read-Read-Hall-Hall. כל מרכז ריבאוב נוסף מספק מסלול נוסף עבור ספקים ל-Recombine, ובכך להפחית את חיי החברה האפקטיביים ואת אורך החיים ואורך החיים.

סיליקון חד-ממדי של סיליקון יחיד, כגון צף-זון (FZ) סיליקון בשימוש בתאי השמש פרימיום ואלקטרוניקה ביצועים גבוהים, יכול להשיג חיי נושאת מעל 1 מ"ר ואורך diffusion של כמה מ"מ. בניגוד, רב-קריסטל סיליקון, המכיל רק גבולות דגנים ופגמים גבוהים יותר, בדרך כלל תערוכות של 10-100 שניות ו- diffusions רוחב של פחות של מיקרו-מחזוריים קטנים של פחות.

זיהום באמצעות מתכות מעבר כגון ברזל, נחושת, ניקל מוכיח מזיק במיוחד כי אלמנטים אלה מציגים מלכודות ברמה עמוקה כי הם מרכזי ריבור יעילים מאוד.אפילו לעקוב אחר ריכוזים בטווח של חלקי-עשר יכול באופן משמעותי degrad Lifes. זה הרגישות לזיהום מסביר מדוע ייצור Semiconductor דורש סביבות עיבוד נקי מאוד וחומרים החלים גבוהים, עם פרוטוקולים מפורטים כדי למנוע חיים של צינורות מתכתיים ופירוק תהליך ייצור מתכתי.

תוצאות ריכוז

ריכוז של דופינטים מכוונים בחצי מוליכים משפיע על אורך דיפוזיה באמצעות מנגנונים מרובים.הגדלת ריכוז doping בדרך כלל להפחית את הניידות של המוביל עקב פיזור נחיתות מוגברת - מובילי רכב מפוזרים לעתים קרובות יותר מן השדות המואשמים dopant, צמצום הנתיב החופשי הממוצע שלהם וניידות.מאז דיפוזיה coefficients באופן ליניארי עם ניידות דרך יחסי איינשטיין, זה להפחית באופן ישיר את אורך התנודות ואת ההיתוך.

בנוסף, ריכוזי מינון גבוהים יותר יכולים להפחית את חיי החברה, במיוחד ברמות מינון גבוהות מאוד שבו recombination Auger הופך משמעותי. באזורים דופדים מאוד (מעל כ 1018 ס"מ3 בסיליקון), שיעורי השיקום של Auger עולים באופן דרמטי עם ריכוז doping, הגבלת חיים של ספקים.אפקט זה יוצר משחק יסודי בעיצוב: שיפור התנהגות ולהפחית את עמידות, אך פוגעות בתדירות גבוהה יותר, ירידה משמעותית של איסוף.

היחסים בין doping לבין ניידות מאופיין נרחב עבור מוליכים למחצה נפוצים.בסיליקון, ניידות אלקטרונים יורדת מ-1,400 ס"מ / Vs בחומרים מאוישים אור עד 200 ס"מ / Vs ב ריכוזים של 1019 ס"מ -3. Hole מראה השפלה דומה, ירידה מ 450 ס"מ / Vped עד בערך 1002 / Vs על פני טווח זהה לעשות את זהה, בדרך כלל, הם ירידה של אזורים שונים, עם רמות של חומר עמוק יותר מאשר אזורים עם רמות של זמן קצר יותר, בדרך כלל.

טמפרטורה תלות

הטמפרטורה משפיעה על אורך דיפוזיה באמצעות השפעתה על ניידות וגלגול החיים, אם כי השפעות אלה לעתים קרובות לעבוד בכיוון ההפוך.המתח התרמית kT/q ביחס איינשטיין עולה ליניארית עם טמפרטורה, אשר נוטה להגדיל את הדלפוזיה coefficient. עם זאת, המוביל בדרך כלל יורדת עם טמפרטורה מוגברת של מוליכים למחצה לא דה-degenerates עקב הגדלת phoner מתפזר - בטמפרטורות גבוהות יותר, , טמפרטורות גבוהות יותר, , פיזור יותר, טמפרטורות גבוהות יותר, , פשטות לעתים קרובות יותר, פיזור יותר, וגורם יותר פיזור יותר, לעתים קרובות יותר פיזור יותר, וגורם פיזור יותר פיזור יותר, לגרום יותר פיזור יותר נוקשות יותר, וגורם יותר, פיזור יותר, לעתים קרובות יותר, פיזור יותר פיזור יותר פיזור יותר, וגורם נוקשות יותר נוקשות יותר, , , , פיזור יותר, לעתים קרובות יותר פיזור יותר פיזור יותר , וגורם , , לעתים קרובות יותר פיזור יותר פיזור יותר פיזור יותר , וגורם פיזור יותר , לעתים קרובות יותר פיזור יותר טמפרטורות נוקשות יותר שטף יותר נוקשות יותר פשטות יותר נוקשות יותר

בסיליקון, ניידות יורדת בערך כמו T- 24 עבור lattice פיזור תחבורה נשלטת בינונית עד גבוהה טמפרטורה גבוהה. תלות טמפרטורה זו של ניידות בדרך כלל שולט על עלייה ליניארית של מתח תרמי, וכתוצאה מכך פעמוני דיפוזיה ירידה בטמפרטורה מוגברת.אפקט נטו על אורך דיפוזיה תלוי על איך חיים משתנה עם טמפרטורה, אשר הוא חומר פגם במובן מסוים, במקרים רבים, כדי להוכיח את מידת הטמפרטורות גבוהות יותר מאשר ירידה משמעותית יותר מאשר ירידה של זמן החיים עם רמות המשתנים עם אורך החיים.

עבור SRH recombination דרך מלכודות אמצעgap, חיי נושאת לעתים קרובות עולה עם טמפרטורה בשל התלות הטמפרטורה של נושא ללכוד חוצה חלקים ושיעורי פליטה תרמיים. עם זאת, בחומרים שבהם recombination Auger הוא משמעותי, החיים עשויים לרדת עם טמפרטורה. אפקטים מתחרים אלה אומר כי אורך diffusion יכול גם להגדיל או להקטין את הטמפרטורה בהתאם למנגנון Recombination הדומיננטי ונכסים חומריים, הדורשים אופי זהיר עבור חומרים ספציפיים.

השפעות Surface and Interface

משטחים וממשקים במכשירים Semiconductor מציגים מסלולים נוספים שיכולים להשפיע באופן משמעותי על אורך דיפוזיה יעיל, במיוחד בסרטים דקים וננו-מבנה שבו יחסי פני השטח-to-volume גבוהים.במשטח מוליכים למחצה או ממשק, ה-Liattice המחזורי תקופתי מסתיימת בפתאומיות, ויוצרת אג"ח וממשקים שפועלים כמרכזי Recombination יעילים מאוד.

כאשר ספקים מתמזגים לעבר פני השטח עם מהירות recombination גבוהה, הם מוסרים במהירות על פני השטח, ביעילות לקצר את המרחק הם יכולים לנסוע. בסרטים דקים שבו עובי הסרט הופך להיות דומה או קטן יותר מאשר אורך הפיזור הגדול, החיסרון פני השטח יכול לשלוט על התנהגות השיפוץ הכוללת, ואת אורך הפיזור יעיל הופך מוגבל על ידי עובי הסרט ואת פני השטח מאשר איכות גדולה.

טכניקות מעבר משטח נועדו להפחית את מהירות ה-Recombination על ידי מבחינה כימית או פיזית לשנות את פני השטח כדי לחסל אג"ח דנגלינג ולהפחית את צפיפות המדינה של ממשק. גישות העברת משותף כוללים חמצון תרמי (הידע SiO2 על סיליקון), פיזור של מעבר שכבות diangelectric (כגון סיליקון חנקן או תחמוצת אלומיניום), וטיפולים כימיים.

המונחים: Level Considerations

רמת ההזרקה - ריכוז של ספקים עודף ביחס ריכוז נושא שיווי משקל - משפיע הן על ניידות והן על החיים, ובכך להשפיע על אורך דיפוזיה. ברמות הזריקה הנמוכות, שבו ריכוזי נושא עודף נשארים קטנים הרבה יותר מאשר ריכוז doping, תחבורה ונכסים recombination נשארים קבועים יחסית ושווה לערכי ההזרקה הנמוכה שלהם.

תנאי הזריקה גבוהים יכולים לשנות את הניידות האפקטיבית באמצעות פיזור נושא-קר ואפקטי ההקרנה.באופן משמעותי יותר, הזריקה גבוהה משפיעה באופן דרמטי על שיעורי השיקום, במיוחד עבור recombination Auger, אשר בקנה מידה עם הכיכר או קוביית ריכוז הנובל בהתאם לתהליך הספציפי של Auger. זה תלות חדה ברמת הזריקה של recombination Auger פירושה כי נושאת חיים יורדת באופן משמעותי בזריקה גבוהה, צמצום של אורציפי אוראז'ה גבוהה, צמצום פערים תחת תנאים אינטנסיבי תחת תאורה גבוהה או תאורה גבוהה תחת תאורה גבוהה תחת תנאים תאורה גבוהה.

תאים סולאריים הפועלים תחת אור השמש מרוכז, למשל, חווים רמות הזריקה גבוהות שיכולים להפחית את אורך ההיתוך יעיל בהשוואה לתנאי חד-פעמי אחד. בדומה, נוריות ודלודי לייזר הפועלים בדחיסות נוכחיות גבוהה בפני מגבלות של התחדשות מופרזת אשר להפחית את אורך ההיתוך של המוביל ויכול להגביל את יעילות המכשיר.

שיטות מדידה עבור Diffusion אורך

אלקטרון באם חנך את ההווה (EBIC)

אלקטרון Beam Induced הנוכחית (EBIC) היא טכניקה רבת עוצמה למדידה מרחבית נפתרה של אורך דיפוזיה במכשירים מוליכים למחצה. בשיטה זו, קרן אלקטרונים ממוקדת ממיקרוסקופ אלקטרוני סריקה מייצרת זוגות אלקטרונים-חור במוליכים למחצה. כאשר הדבורה ממוקמת ליד צומת (כגון p-n), ניפוצים כי שימוש במיקרוסקופ אלקטרונים כדי להפריד ביניהם, וניתן לאסוף את המיקום הנוכחי.

ההחלטה המרחבית של EBIC, שנקבעה על ידי קוטר אלקטרונים ונפח הדור המוביל, יכולה להגיע לגודל תת-מיקרומטר, המאפשר מיפוי מפורט של וריאציות אורך דיפוזיה לאורך מכשיר.יכולות אלה מוכיחות בלתי הולמות לזיהוי פגמים מקומיים, גבולות דגנים, או נזק מושרה עיבוד כי מקטין את אורך הפיזור המקומי.

מערכת צילום: Surface Photovoltage (SPV) Method

טכניקות צילום משטח למדוד את אורך דיפוזיה על ידי ניתוח כיצד ספקים פוטוגניים משפיעים על פוטנציאל פני השטח של מוליכים למחצה. כאשר אור יוצר ספקים בחומר, הפיזור שלהם כלפי פני השטח יוצר תמונה תלוי אורך דיפוזיה, ספיגה coefficient, ונכסים על פני השטח. על ידי שינוי גל של אור (ששינויים עומק ודור) ומדידה את הגדלה יכול להיות מסובייקט על ידי מודלים מתאימים לדגום.

שיטות SPV מציעים את היתרון של להיות לא מגע ולא הרס, הדורש הכנה מיוחדת של דגימות או ייצור המכשיר.זה עושה SPV שימושי במיוחד עבור אפיים גולמיים או חומרים במהלך עיבוד לפני השלמת המכשיר. עם זאת, הטכניקה דורשת כיור זהיר ומודלים כדי לקחת בחשבון עבור השפעות של שחזור פני השטח, ואת הדיוק תלוי בידע של תכונות אופטיות ותנאים על פני השטח.

צילום: Decay

מדידות Photoconductivity dec נושא החיים על ידי ניטור כיצד מוליכות של דגימה למחצה של מוליכים למחצה מתקלקל לאחר דופק של אור מייצרת ספקים עודף.מכיוון אורך diffusion תלוי שורש הריבוע של החיים, מדידות חיים מדויקים מאפשרים חישוב של אורך דיפוזיה אם ה- diffusion coefficient או הניידות ידועה.הדגימה עם דופק קצר כדי ליצור ספקים עודף, אז זמן תלוי התנהגות נמדדת כמו refuvine.

זמן הדעיכה באופן ישיר מניב את חיי נושאת החיים.טכניקה זו עובדת הכי טוב עבור דגימות אחידות יחסית שבו ניתן למזער את התוספת של פני השטח או לחשבונך באמצעות מעבר משטח מתאים.משתנים של שיטה זו כוללים דעיכה של photoconductivity (μ-PCD), אשר משתמש בבדיקת מיקרוגל כדי לבחון שינויים התנהגותיים ללא צורך מגעים חשמליים, ותמונה של מצב יציב (QPC), אשר משתמשת לאט כדי למדוד את תפקוד מחזור החיים של מחזור חיים.

ניתוח תגובה

עבור מכשירים פוטו-וולטאיים שלמים, תגובה ספקטרלית או מדידות יעילות קוונטית מספקים מידע על אורך דיפוזיה באמצעות ניתוח יעילות איסוף נושא תלוי גל באורך מלא. אור קצר גל נספג ליד פני השטח, בעוד אור באורך גלי ארוך חודר עמוק לתוך המכשיר.יעילות הגל עבור אור ארוך טווח גלי תלוי קריטית על אם נשאים שנוצרו עמוק בתוך המכשיר יכול לטבול את הצומת לפני ביצוע תגובה ארוכה.

על ידי התאמת נתוני תגובה ספקטרליים למודלים של מכשירים הכוללים אורך דיפוזיה כפרמטר, אורך נושא המיעוט דיפוזיה באזורים שונים של המכשיר ניתן לחלץ.גישה זו מספקת מידע אורך דיפוזיה בתנאים תפעוליים בפועל, כולל ההשפעות של שדות חשמליים בנוי-באוויר ותנאים מציאותיים משטח.עם זאת, החילוץ דורש ידע מדויק של פרמטרים אחרים כגון עוביים, dopingings, תכונות אופטיות ואפקטים מייצגים את האזור הממוצע.

Diffusion אורך חומרים Semiconductor שונים

Crystalline Silicon

קריסטל סיליקון נשאר חומר המוליכים למחצה הדומיננטי עבור יישומים פוטו-וולטאיים ושומר על חשיבות במכשירים אלקטרוניים רבים. סיליקון מונוקריסטלליין באיכות גבוהה יכול להשיג חיי חיים מובילים יוצאי דופן מעל 1 מ"ר ומיעוט נושאים diffusion של כמה מ"מ.ביישומים תאים סולאריים מעשיים, אורך diffusions בדרך כלל נע בין 200 מיקרומטר ל 1000 מ"מ בהתאם לאיכות ועיבוד עיבוד.

ה-Switchgap העקיף של סיליקון תוצאות בקליטה אופטית חלשה יחסית, עוביים קולטנים של 100-300 מיקרומטר עבור ספיגה יעילה אור.אורך הטבול ארוך ניתן להשיג בסיליקון גבישי להפוך אותו מתאים היטב עבור דרישה זו - קרקרים שנוצרו לאורך הספיגה עבה יכול להתפוגג לצומת עבור סיליקון, עם גבולות דגנים גבוהים יותר, אבל מחסניות סטנדרטיות של תאים עדיין גבוהה יותר, אבל עדיין מנפחים סטנדרטיים של 100 קמצמיים סטנדרטיים של יעילות סטנדרטית גבוהה יותר, אבל עדיין יכול להתנפחים סטנדרטית של תאים סטנדרטיים סטנדרטיים יותר, אבל עדיין יכול להתנפחים של קיבולת גבוהה יותר של מחסניות יותר של 100.

גליום ארנבד ו- III-V Semiconductors

גליום arsenide (GaAs) ו- 3-V תרכובות למחצה מציגות פסים ישירים, וכתוצאה מכך ספיגה אופטית חזקה המאפשרת הרבה יותר שכבות קולטות דק יותר בהשוואה סיליקון.איכות גבוהה GaAs יכול להשיג חיי מיעוטים של כמה ננו-שניים למיקרו-שניות, עם אורך דיפוזיה מתאים בדרך כלל בטווח של 1-10 מיקרומטר.

הניידות הגבוהה ביותר של אלקטרונים בגאגאס (כ-8500 ס"מ / V) בהשוואה לסיליקון מספק מכשירים סולאריים גדולים יותר של דיפוזיה, תוך קידוד חלקי עבור החיים הקצרים יותר. 3-V Semiconductors מוצאים יישומים בתאים סולאריים בעלי יעילות גבוהה, אלקטרוניקה מהירה גבוהה, ומכשירים אופטיקוניים שבהם תכונות התחבורה הישירות שלהם עולים על העלות הגבוהה שלהם בהשוואה לתכונות ארוכות טווח טיפול ומשתנים הדרושים כדי להשיג איכות חיים גבוהה יותר.

קדימיום Telluride ו- Thin-סרט חומרים

קדימיום מספרד (CdTe) מייצג חומר פוטו-וולטאי חשוב עם להקה ישירה של להקות משולב היטב לספקטרום השמש. CdTe סולרי בדרך כלל משתמש שכבות פוליקלריות קולטן רק 2-5 מיקרומטר עבה, הרבה יותר דק מאשר תאים גבישיים.

עם זאת, תאים CdTe לתפקד ביעילות למרות הגבלה לכאורה זו, כי השדה החשמלי בנוי משתרע לאורך שכבת קולט דק, מתן אוסף מחוספס סחף כי תוספי diffusion.ה ⁇ אופטית חזקה של CdTe (אפקט סגסוגת מעל 105 ס"מ עבור אור מעל פסגה) כלומר, רוב המובילים נוצרים בתוך כמה מיקרומטרים של הצומת, בתוך אורך של גרגרנות פעיל, למרות מגבלות שטח Cped.

חומרים סולריים Perovskite Solar Cell Materials

מתכת hal perovskites הופיעו כחומרי פוטו-וולטאי מבטיח, השגת שיפורים יעילות יוצאת דופן בעשור האחרון.חומרים אלה מציגים אורך ייצור ארוך באופן מפתיע של נושאות ארוכות טווח למרות להיות סרטי פוליקליקה מעובדים פתרון. באיכות גבוהה לסרטים perovskite באיכות גבוהה יכול להשיג אורך דיפוזיה מעל 1 μm, עם כמה דוחות של קשקשים להגיע 10 מיקרומטר או אופטימיזציה יותר בחומרים חד-גרפיים גדול.

השילוב של אורך דיפוזיה ארוך וקליטה אופטית חזקה (דומה לגאאס) מאפשר איסוף מוביל יעיל בסרטים perovskite רק 300 nm עבה. המנגנונים העומדים בבסיס אורך דיפוזיה ארוך מפתיע זה בחומר מעובד פתרון נשאר נושא מחקר פעיל, עם גורמים כגון סיבולת פגומה, קיטוב גדול, ונטינכי התחדשות נוחים כל התורמים באופן פוטנציאלי לשיפורים משמעותיים של תאים חומר נפץ ארוך יותר יהיה התקדמות חיוני עבור יעילות סולארית נוספת של יעילות גבוהה יותר של יעילות גבוהה יותר של יעילות גבוהה יותר של יעילות גבוהה יותר של יעילות גבוהה יותר של יעילות גבוהה יותר של תאים סולרית שליטה.

אורגני Semiconductors

מוליכים למחצה אורגניים המשמשים photovoltaics אורגני ואלקטרוניקה אורגנית בדרך כלל להציג אורך מאוד קצר נושא דיפוזיה, בדרך כלל בטווח של 5-20 nm. אלה אורך דיפוזיה קצר מאוד להתעורר מן האספקטים של נושא נמוך (בדרך כלל 10 עד 1 ס"מ / Vs) ו תקופות חיים קצרות אופייניות לחומרים אורגניים, שבו ספקים מקומיים על מולקולות בודדות או פולימרים והובלת תחבורה מתרחשת באמצעות מנגנונים תחבורה.

אורך הטבול הקצר במוליכים למחצה אורגניים מחייב ארכיטקטורות שונות לחלוטין של מכשירים בהשוואה למוליכים למחצה אורגניים.תאים סולאריים אורגניים מעסיקים מבנים רבים של הירוטטורים שבהם חומרים אלקטרו-דור ואלקטרוני-חפירים מעורבים באופן אינטימי על ה- nanoscale, ומבטיחים כי photogenerated מפוסקים תמיד בתוך אורך מנוק של ממורפולוגיה התורנית, שבו הם יכולים לפסולת חופשית של פתרונות אלה.

שיקולים בעיצוב ואופטימיזציה

עקרונות עיצוב תאים סולאריים

במכשירי פוטו-וולטאיים, היחסים בין אורך דיפוזיה לבין הגיאומטריה המכשיר קובעים באופן יסודי את יעילות האיסוף וביצועים הכוללים. עבור איסוף המוביל אופטימלי, עובי של כל אזור בתא השמש צריך להיות פחות או דומה לאורך הספק המיעוט דיפוזיה באזור זה. כאשר עובי הקלט עולה באופן משמעותי על אורך הפיזור, נשאים שנוצרו רחוק מן הצומת recombine לפני איסוף, צמצום יעילות התמונה הנוכחית.

עיקרון עיצוב זה יוצר פער סחר: קולטנים עבה ללכוד אור יותר (במיוחד עבור חומרים קליטולים כמו סיליקון), אבל דורש אורך דיפוזיה ארוך יותר עבור איסוף יעיל. עיצובים תאים מתקדמים כתובת המסחר הזה דרך אסטרטגיות שונות. Back-surface שדה מבנים ליצור מחסום פוטנציאלי המשקף ספקים מיעוט הרחק מן פני השטח האחורי, ביעילות מרחיב את אזור האיסוף.

תאים חד-דיגיטליים (IBC) מציבים הן מגעים על פני השטח האחורי, חיסול הגילוח הקדמי ומאפשר אופטימיזציה של פני השטח הקדמי עבור ספיגה קלה ודור נושאות.עם זאת, IBC מעצב דרישות מחמירות על אורך דיפוזיה כי ספקים חייבים לנסוע מאוחר יותר כדי להגיע אנשי הקשר איסוף.

עיצוב טרנסג'סטר

ב- BJTs צומת דו קוטבית (BJTs), חברת המיעוט diffusion דרך אזור הבסיס מהווה את מנגנון התחבורה הבסיסית המאפשר פעילות transistor. עבור פעולה טרנסיסטאור יעילה, רוחב הבסיס חייב להיות קטן משמעותית מאשר אורך ה-Dffusion של נושא המיעוט בבסיס. כאשר מצב זה מרוצה, רוב המובילים מוזרקים מן ה-Facteruses על פני הבסיס ולהגיע לאספן, וכתוצאה מכך רווח גבוה.

הרווח הנוכחי (β) של BJT תלוי באופן אקספוננציאלי ביחס של רוחב הבסיס לאורכו של דיפוזיה - כמו רוחב הבסיס מתקרב אורך diffusion, רווח נוכחי טיפות באופן דרמטי כי שבריריות מוגברת של ספקים recombine בבסיס ולא להגיע לאספן.מודרני ביצועים גבוהים BJTs להעסיק רוחב בסיס של 100m או פחות, הדורשות פיזור של אורך של פחות מגובה של כמה מאות עבור רמות ניהול גבוה יותר.

אופטימיזציה Photodetector

Photodetectors להמיר אותות אופטיים אותות חשמליים, עם מדדי ביצועים כולל responsivity (כיום כוח אופטי יחידה), מהירות (bandwidth), ומאפיינים רעשים. Diffusion אורך משפיע הן responsivity והן מהירות ב photodetectors. , responsponsponsivity גבוהה דורש איסוף יעיל של ערכות photogenerated, אשר דורש כי עובי קולט לא עולה על אורך ההיקף השבר, במיוחד, אבל יותר, במיוחד.

המהירות של photodetectors היא לעתים קרובות מוגבל על ידי זמן המעבר של ספקים ברחבי המכשיר. נשאים כי חייב diffuse למרחקים ארוכים לקחת יותר כדי להגיע אנשי הקשר איסוף, הגבלת רוחב הפס הגלאי. זה יוצר סחר בין responsivity (ניצול סופגניות עבה יותר ואורך diffusions) ומהירות (ניצול דקדקים וקצרים).

photodiodes Avalanche (APDs) ו-one-Photon avalanche diodes (SPADs) מציג שיקולים נוספים כי תהליך רב-הכפלה avalanche דורש ספקים לחצות אזור רב-תכליתי.אורך הטבולי באזור הקליטה עדיין קובע יעילות איסוף, אבל העיצוב חייב גם לקחת בחשבון את המאפיינים האזוריים avalanche ואת העסקאות בין רווחים, רעש.

נושאים מתקדמים ומחקרים נוכחיים

השפעות נשאיות חמות

הפורמליזם הסטנדרטי קובע כי נושאות התרמיאו לטמפרטורת הליטנסיס, עם אנרגיות מאופיין על ידי ההפצה התרמית.עם זאת, מיד לאחר דור או זריקה, ספקים יש עודף אנרגיה והם "חם" יחסית ל- lattice. Hot ספקים להציג תחבורה שונה ונכסים של שיקום בהשוואה לנשאים תרמיים, עם פוטנציאל יעיל יותר של copfusions יעילים בשל מהירויות גבוהות יותר וקצבי התחדשות שונים.

השפעות נושא חם הופכות חשובות במיוחד במכשירים הפועלים תחת שדות חשמליים גבוהים או תאורה אינטנסיבית, ובחומרים עם רגיעה אנרגטית איטית.מחקר לתוך תאים סולאריים של נושא חם נועד לחלץ אנרגיה מנושאות לפני שהם מתרמיז, פוטנציאל מעל למגבלת יעילות ההלם-Queisser.הבנת אורך ייצור חם של ספקים וחומרים מתפתחים עם נשאים חמים מורחבים מייצגים גבול פעיל בפיסיקה למחצה עם השלכות על פני חסכוניות גבוהה הבא.

אפקטים של קונפדרציה קוונטית

במוליכים למחצה nanostructured כגון בארות קוונטיות, חוטי קוונטי, ואת dots קוונטית, שטח שטח של ספקים באחד או יותר ממדים משנה את רמות האנרגיה שלהם ואת תכונות תחבורה. כאשר הממדים הפיזיים של מבנה להיות דומה או קטן יותר מאשר המוביל דה ברוגלי (בדרך כלל כמה ננומטרים), מגבלות קוונטיות הופכות לאפקטים משמעותיים, מרתיעות אנרגיה ולשנות את רמות הצפיפות של מצבי צפיפות.

הגבלת קוונטית משפיעה על אורך דיפוזיה באמצעות שינויים גם שיעורי הניידות וגם Recombination.נושאי קונפדרציה עשויים להציג ניידות מופחתת בשל פיזור משופר מגבולות ומממשקים, צמצום ה- diffusion coefficiently, ריצוף קוונטי יכול לשנות את שערי השיקום על ידי שינוי החפיפה בין אלקטרונים ובורים ולשנות את צפיפותן של מדינות.

שני חומרים

שני חומרים דו-ממדיים כגון גרפן, מעבר מתכת dichalcogenides (TMDs), ו זרחן שחור הופיעו כחומרים מבטיחים עבור הדור הבא אלקטרוניקה ואופטפטואלקטרוניקה. אלה חומרים דקים מבחינה אטומית מציגים תכונות תחבורה ייחודיות אשר נבדלים ממוליכים למחצה. בגרףטן, יחסי הפיזור ליניארי וניידות גבוהה מאפשרים מהירויות ארוכות מאוד, עם דוחות של קשקשים ממרחקים אפילו 10 מיקרו-מפוסקים.

Semiconducting TMDs כמו MoS2 ו WSe2 להציג התנהגות מוליכים למחצה קונבנציונלית יותר אבל עם מגבלות קוונטיות חזקות בכיוון מחוץ למטוס. פיזור נשא בחומרים אלה מתרחשת בעיקר במטוס, עם אורך דיפוזיה בדרך כלל החל מאות של ננומטרים עד כמה מיקרומטרים בהתאם לאיכות החומרית ומספר השכבות.

Ambipolar Diffusion

הטיפול הסטנדרטי של אורך דיפוזיה רואה אלקטרונים וחורים באופן עצמאי, המתאים כאשר סוג אחד של נושא שולט (כגון ספקים מיעוט במוליכים למחצה ped doped) עם זאת, חומרים דופדים או אורלי, או בתנאים של זריקה גבוהה שבו ריכוזי אלקטרונים וחור הם משמעותיים, אלקטרונים וגוון יחד כדי לשמור על ניטרליות, תהליך הנקרא dipfusion.

ה- ambipolar diffusion coefficients שונה מן ה-one המוביל diffusion coefficients ותלוי הן אלקטרונים והן בגיוס חור.אורך המיזוג עמיקולי, מחושב באמצעות ambi קוטבי diffusion coefficient ו- ambi קוטבי חיים, בדרך כלל נופל בין אלקטרונים בודדים ו diffusion diffusion diffusion מרוטאלי הופך חשוב במכשירים כגון תאים סולאריים, perovskite, תאים סולאריים, וסוגים של תחבורה סולפולק, שבו הם לתרום באופן משמעותי.

Machine Learning Accesss

מחקר עדכני החל ליישם את למידת מכונה וטכניקות בינה מלאכותית כדי לחזות ולייעל את אורך הטבול בחומרים מוליכים למחצה.מודלים למידה מכונה מאומן על מסדי נתונים של תכונות חומריות נמדדות יכולים לזהות התאמות בין תנאי עיבוד, הרכב החומרי, מאפיינים מבניים, וכתוצאה מכך מהירויות דיפוזיה.מודלים אלה יכולים להנחות פיתוח חומרים על ידי חיזוי אילו יצירות או גישות עיבוד הם כנראה כדי להניב מהירויות דיפוזיה ארוכות.

בנוסף, אלגוריתמי למידת מכונה יכולים לנתח נתונים גדולים מטכניקות דיפלומה מרחבית כמו EBIC לזהות באופן אוטומטי פגמים, סיווג גבולות דגנים, ומיפוי דיפוזיה אורך וריאציות עם יותר מניתוח ידני. כמו מסדי נתונים של תכונות Semiconductor גדל וטכניקות למידת מכונה מראש, גישות אלה להבטיח להאיץ את הפיתוח של חומרים חדשים אופטימיזציה של תנאי עיבוד עבור שיפור של מהירויות ותפקוד של דיפוזיה משופרת.

הנחיות מעשיות לשיפור אורך Diffusion

בחירה וצמיחה

השגת אורך דיפוזיה ארוך מתחיל עם בחירת חומרים מתאימים וצמיחה או שיטות סינתזה. עבור מוליכים למחצה גבישיים, חומרים חד-קריסטל בדרך כלל לספק אורך דיפוזיה ארוך יותר מאשר חומרים פוליקליים בשל היעדר גבולות דגנים.

כאשר חומרים פוליקריסטלליין יש להשתמש מסיבות עלות או עיבוד, למקסם את גודל דגנים ועברת גבולות דגנים יכול לשפר באופן משמעותי את אורך דיפוזיה. בחומרים פילים דקים, לשלוט בתנאי צמיחה לקידום דגנים גדולים, נטיות גבישיות מועדפות, ודימום נמוך בתוך דגנים מסייע למקסם את תוחלת החיים של ספקים ומהירויות דיפוזיה.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

תהליכים מקבל להסיר זיהומים מזיקים מאזורי מכשיר פעילים על ידי מתן אתרים חלופיים שבו זיהומים מעדיפים באופן משמעותי פיסול. phosphorus diffusion מקבל מכווץ, נפוץ עיבוד תאים סולאריים סיליקון, יוצר שכבה phosphorus-doed על פני השטח כי מושך זיהומים מתכתיים הרחק מן הערימה.

העברת מימן הידרוגן מייצגת טכניקה חזקה נוספת לשיפור אורך הפיזור. מימן אטומי יכול להעביר אג"ח דינמי על פגמים וגבולות דגנים, הפחתת יעילותם כמרכזי Recombination. הידרוגן בדרך כלל מבוצעת על ידי annealing באווירות המכילות מימן או על ידי הפקדה של סרטים עשירים מימן (כגון nitride) ואחריו annealing כדי לנהוג לתוך מימן את השפע של מחזור החיים במיוחד עם חומרים מכומיים דרמטיים.

פתרונות מעבר ל-Switchation

מעבר משטח מעולה הוא חיוני להשגת אורך דינמי יעיל ארוך, במיוחד במבנים דקים. מנגנוני מעבר מרובים ניתן להשתמש, לעתים קרובות בשילוב.עברה כימית מפחית את צפיפות של מדינות ממשק באמצעות טיפולים משטחים מתאימים ושכבות ממשק.עבור סיליקון, חמצון תרמי מייצר ממשק באיכות גבוהה SiO2 עם צפיפות ממשק נמוך, תוך שהוא מופקד דיאלקטרי כמו oxide (Al23) לספק שילוב מצוין של תעבורה כימית.

מעבר לאפקט שדה משתמש בהאשמות קבועות בשכבות דיאלקטריות כדי למנוע סוג אחד של נושא מהמשטח, צמצום ה-משטח recombination. oxide, למשל, מכיל האשמות קבועות שליליות הדוחות אלקטרונים מהמשטח, מה שהופך אותו יעיל במיוחד עבור העברת סיליקון מסוג P.סיליקון ניטריד הסיליקון (SiNx) מכיל חיובים חיוביים ועובד היטב עבור n-types של dielectrics של שכבות שונות יכול לספק סיליקון אפילו סגסוגת פחמן / סגסוגת פחמן גבוהה יותר.

תהליך אופטימיזציה

כל צעד עיבוד בהבחנה של מכשירים יכול להפיג את אורך הפיזור האפשרי באמצעות הצגת פגמים, זיהומים או נזק.קלום של ההידרדרות המושרה בתהליך דורש אופטימיזציה זהירה של כל צעד. תהליכי עתירה גבוהה צריך להתבצע בסביבה נקייה עם גזים עתירי גבוה כדי למנוע זיהום. תהליכי פלסמה צריכים להשתמש בתנאים הממזערים נזק להפגזה.

תהליך ריצוף גם נושאים - חישוב צעדים לחלוף לאחר תהליכים שעלולים להזיק יכול לשחזר את אורך דיפוזיה כי אחרת יאבד.אפיון אורך דינמי בנקודות מרובות במהלך עיבוד מסייע לזהות אילו שלבים גורמים השפלה, המאפשר אופטימיזציה ממוקדת. עיבוד תרמי מהיר (RTP) לפעמים יכול להשיג טיפולים תרמיים הכרחיים עם פחות תקציב תרמי מאשר עיבוד פרוזנציה קונבנציונלי, צמצום פער של פיזור ולהפחית את הזיהומים.

מלכודות נפוצות ופתרון בעיות

מדדי אמנות

נחישות מדויקת של אורך דיפוזיה דורשת תשומת לב זהירה מתודולוגיה מדידה וממצאים פוטנציאליים.חזרה על פני השטח עלולה לגרום לארוך טווחי דיפוזיה יעילים להיות הרבה יותר קצר מאשר אורך הפיזור הגדול האמיתי, במיוחד בדגימות דקות או כאשר מעבר פני השטח הוא עני. Distinguishing בין מגבלות של רובה ומשטח דורשות מדידות על דגימות עם עוביים שונים או טיפולים על פני השטח, או באמצעות טכניקות שיכולות לאפיין בנפרד ותכונות משטח.

התלות ברמת הזריקה של החיים ואורך דיפוזיה פירושה כי מדידות שבוצעו בעוצמת תאורה אחת או רמת הזריקה עשויים לא לייצג במדויק את תנאי ההפעלה של המכשיר.אפיון אורך הפיזור כתפקוד של רמת ההזרקה מספק מידע שלם יותר ומאפשרת מודלים מדויקים יותר של המכשיר. fitial non-uniformity בתכונות החומריים יכול גם לסבך פרשנות - ערך חד-פעמי לא יכול לתאר חומר עם הבדלים משמעותיים באיכות.

בעיות זיהום

זיהום מתכתי מייצג את אחד הגורמים הנפוצים ביותר של אורך דיפוזיה קצר באופן בלתי צפוי בחומרים ומכשירים למחצה.אפילו מעקב אחר רמות של מתכות מעבר יכול להציג מלכודות ברמה עמוקה אשר להפחית באופן דרמטי את חיי החברה. זיהום יכול להתרחש במהלך צמיחה גבישית, עיבוד ציר, או ייצור המכשיר מכימיקלים בלתי מאוימים, ציוד מזוהמים או טיפול לא תקין.

מניעת זיהום דורש פרוטוקולים ניקוי קפדניים לאורך עיבוד החומרי והמכשיר.שימוש בכימיקלים ובגזים גבוהים, שמירה על ציוד עיבוד נקי, ולאחר טיפול נאות כל העזרה למזער זיהום.כאשר זיהום הוא חשד, טכניקות אנליטיות כגון עמוק-מידה של חומרים ספקטרום (DLTS) או ספקטרום חיים יכול לזהות את contaminants ספציפי, מציג מחדש תהליכים, אם כי לפעמים יכול לשחזר את תהליכי ספקטרום גבוה יותר.

נזק בתהליך

שלבים עיבוד למחצה רבים יכולים להציג נזק כי details diffusion אורך.השתלת Ion יוצרת נזק לעקירה ואזורים amorphous כי חייב להיות annealed כדי לשחזר את איכות גביש. Plasma etching יכול לגרום נזק הפגזה ion על פני השטח. עיבוד לייזר יכול להציג מתח תרמי פגמים.

זיהוי והפחתה של נזק שנגרם תהליך דורש הבנה של מנגנוני הנזק הקשורים לכל תהליך וליישם שלבים ניתוק מתאימים.המשכנתא הארסית יכולה לתקן סוגים רבים של נזק, אם כי תנאי נשימה חייבים להיות אופטימיזציה כדי למקסם את ההתאוששות תוך צמצום מנגנוני השפלה אחרים. הסרת שכבות משטח פגועות באמצעות גירוד או ללח יכול לשחזר את אורך ההיתוך במקרים שבהם נזק הוא מוגבל למסגרות שעלולות לפגוע ולזה של מחלות לפני הפחתת תהליכים שעלולים לגרום להפחתה ולזה.

דרישות עתידיות ובקשות מתפתחות

החשיבות של אורך דיפוזיה במכשירים Semiconductor ממשיכה להניע מחקר לחומרים חדשים, טכניקות אפיון ואדריכלות המכשיר.תעורר חומרים פוטו-וולטאיים כגון perovskites, היברידיות אורגניות אורגניות, ו מוצקות קוונטיות dot דורשים הבנה בסיסית של תחבורה ושיקום כדי להתאים את אורך ההיתוך עבור התקנים בעלי יעילות גבוהה.

מושגים חדשים של מכשירים כגון תאים סולאריים של נושא חם, תאים סולאריים של הלהקה, ומכשירים מרובים של הדור exciton מציבים דרישות חדשות על מאפייני תחבורה המוביל ועשויים לדרוש חשיבה מחדש על מושגים באורך דינמי מסורתי.תקני מחשוב נוירומורפיאליים ויישומים אלקטרוניים מתעוררים אחרים עשויים לנצל חומרים עם מאפיינים ספציפיים באורך דיפוזיה כדי להשיג פונקציונליות הרצויה.

שילוב של חומרים חישוביים מדע, ניסויים באמצעות חישוב גבוה, וגישות למידת מכונה מבטיח להאיץ את התגלית והאופטימיזציה של חומרים עם אורך דיפוזיה מותאם עבור יישומים ספציפיים. על ידי שילוב תחזיות תיאורטיות, בדיקות ניסיוניות מהירות, אופטימיזציה המונעת על ידי נתונים, החוקרים יכולים לחקור ביעילות רבה יותר את החלל העצום של חומרים אפשריים תנאי עיבוד כדי לזהות גישות אופטימליות להשגת מהירויות דיפוזיה ארוכות וביצועים גבוהים.

מסקנה

אורך Diffusion הוא פרמטר בסיסי כי גשרים תכונות חומרים מיקרוסקופיים וביצועים מכשיר מאקרוסקופיים בטכנולוגיה Semiconductor.הבנת המקור הפיזי של אורך diffusion, מערכות יחסים מתמטיות ששולטות בו, ואת הגורמים המיושנים המשפיעים זה מספק ידע חיוני עבור כל מי שעובד בעיצוב מוליכים למחצה, חומרים, או שדות קשורים.

השגת אורך דיפוזיה ארוך דורש תשומת לב לאיכות החומרית, תנאי עיבוד, משטח ותכונות ממשק, ושיקולי עיצוב המכשיר.מבחירת חומרים החלים בטיהור גבוה ליישום אסטרטגיות הפעלה יעילות לקידוד מכשירים גיאמטריה, כל היבט של טכנולוגיית Semiconductor יכול להשפיע על אורך דיפוזיה ובסופו של דבר ביצועי המכשיר ממשיכים להתפתח - מתקרב יעיל יותר, מהיר יותר, קטן יותר, מגוון יותר יישומים שלהם - הוא עדיין לדחוף את עקרונות מרכזי של יעילות יותר.

עבור חוקרים, מהנדסים וסטודנטים עובדים עם חומרים ומכשירים למחצה, פיתוח אינטואיציה על אורך דיפוזיה והשלכותיו מאפשרות החלטות עיצוב טובות יותר, פתרון בעיות יעיל יותר, והבנה עמוקה יותר של פיזיקה המכשיר.אם אופטימיזציה של תאים סולאריים ליעילות מקסימלית, תכנון טרנזיסטורים במהירות גבוהה, פיתוח photodetectors רגישים, או חקר חומרים ומושגים של מכשירים, מושגים וטכניקות דנוונות במדריך מקיף זה לספק את הבסיס להבנה אנושית מתמשכת, ללא ספק, כמו גם חומרים קריטי, כמו גם פרמטר קריטי, להמשיך פרמטר קריטי, להמשיך פרמטר קריטי, להמשיך פרמטרים.

(בקריאה נוספת על פיזיקה ועיצוב המכשיר למחצה, אתר האינטרנט של PV:0.2017V) מציע משאבים מצוינים בפיסיקה של מכשיר פוטו-וולטאי, בעוד FLT:2Ioffe של המכון מוליכים למחצה יישומים של מכון החינוך PH3 מספק נתונים חומרים ספציפיים בתחום הפיזיקה.