Материал: LS-Sb92720
Рис. 2.3. Окно свойств слоев
Имеется возможность сохранения структуры в файл (*.het) и загрузка ранее сохраненных структур (кнопки «save»/«load» сохранить/загрузить). В комплекте с программой прилагаются некоторые примеры структур, которые можно использовать для обучения работе с программой.
2.1.1. Редактирование параметров слоя
Параметры слоев описывают свойства полупроводниковых материалов, из которых состоит структура (рис. 2.3). Для полупроводникового материала должны быть заданы основные параметры:
«Thickness» – толщина слоя [см];
«Dk» – диэлектрическая постоянная [-]; «Chi» – электронное сродство [эВ];
11
«Eg» – ширина запрещенной зоны [эВ];
«EgOpt» – оптическая ширина запрещенной зоны [эВ];
«Nc» – эффективная плотность состояний зоны проводимости [см–3 ]; «Nv» – эффективная плотность состояний валентной зоны [см–3 ]; «Me» – подвижность электронов [см2/В · с];
«Mh» – подвижность дырок [см2/В · с];
«Na» – концентрация мелких акцепторов [см–3 ]; «Nd» – концентрация мелких доноров [см–3 ]; «Ve» – тепловая скорость электронов [см/с]; «Vh» – тепловая скорость дыры [см/с];
«Rho» – плотность [г · см–3 ];
«Rae» – коэффициент Оже-рекомбинации для электронов [см6/с]; «Rah» – коэффициент Оже-рекомбинации для дырок [см6/с]; «Rbb» – коэффициент излучательной рекомбинации [см3/с].
Существует два способа ввода перечисленных параметров. В нормальном режиме (значение по умолчанию) параметр является постоянными («constant») для всего слоя. В режиме градиента («gradient») будет использоваться линейная интерполяция по толщине слоя для всех параметров. Для этого необходимо определить начальные и конечные значения. Щелкните по «functional dependence», чтобы выбрать необходимый режим.
Также возможно задать оптические свойства слоев: показатель преломления (n) и безразмерный коэффициент поглощения (k): α = 4πk/λ, загружая nk-файл (*.nk) или вводя два постоянных коэффициента n [-] и k [-]. Все nk- файлы расположены в подпапке программы \Spectra. При создании своих собственных файлов необходимо убедиться, что у них правильный формат файла (см. файлы примера). При этом отсутствуют любые ограничения интервала по длине волны для nk-файлов, поскольку используются подпрограммы линейной интерполяции.
Дополнительно слой может также содержать дефекты в пределах запрещенной зоны полупроводника. Необходимо учесть, что при отсутствии дефектов в структуре и малых значениях коэффициентов рекомбинации (в объеме или на границах раздела) могут возникнуть проблемы сходимости. Для слоя может быть задано произвольное число различных распределений плотности состояний дефектов (DOS). При наличии дефектных уровней в полупроводниковом слое их распределение (DOS) в пределах запрещенной
12
Рис. 2.4. Окно свойств дефектов
зоны будет графически проиллюстрировано во вкладке свойств слоя (рис. 2.3). При определении энергетического положения дефектов в пределах запрещенной зоны энергия валентной зоны приравнивается нулю (Ev = 0), поэтому энергия зоны проводимости равна запрещенной зоне (Ec = Eg). На правой стороне «Окна слоя» есть поле, перечисляющее все дефекты слоя. Выберите дефект из поля и нажмите «edit», чтобы изменить его свойства в новом окне (рис. 2.4). Нажмите «delete», чтобы удалить дефект, или нажмите «add», чтобы добавить новый. Выше списка находится график, иллюстрирующий энергетическое распределение дефектов. Красным цветом отображается фактически выбранный дефект, который может быть изменен (отредактирован, удален). Другие невыделенные дефекты отображаются синим цветом.
Можно сохранить, загрузить или удалить («save», «load», «delete») все свойства слоя, включая дефекты, в файл (*.lay).
13
2.1.2. Редактирование свойств дефектов
При введении новых дефектов (рис. 2.4) сначала необходимо задать тип дефекта: донорный или акцепторный. Далее выбрать вид энергетического распределения и задать плотность состояний (концентрацию). Возможно выбрать следующие виды распределения:
–точечный дефект «Single»: необходимо задать его энергетическое положение E [эВ], концентрацию Ntr (общее количество) = (определенный) Ntr;
–постоянное распределение «Continous»: задаются значения начальной «E_start» и конечной «E_end» энергии [эВ]. Также задается плотность
«Ntr(specific)» или концентрация дефектов «Ntr(total)» (Ntr(specific) =
=Ntr(total)/(E_start-E_end));
–гауссовское распределение «Gauss»: задаются величины энергетического положения E [эВ] и ширины «Sigma» [эВ] гауссовского распределения. Можно задать максимальную плотность дефектов «Ntr(specific)» или полную
концентрацию дефектов «Ntr(total)», соответствующую интегралу плотности по энергии (Ntr(total) = (2 π)0.5 sigma Ntr(specific));
– хвост валентной зоны «Valence-Tail»: распределение дефектов в пределах запрещенной зоны по экспоненте уменьшается от потолка валентной зоны (Ev) полупроводника. Необходимо задать ширину наклона хвоста валентной зоны «E_urbach» [эВ]. Задается максимальная плотность дефектов «Ntr(specific)» или полная (интергральная) концентрация дефектов «Ntr(total)»;
– хвост зоны проводимости «Conduction-Tail»: распределение дефекта в пределах запрещенной зоны по экспоненте уменьшается от дна зоны проводимости (Eс) полупроводника. Задаются параметры аналогично предыдущему случаю.
Также необходимо задать площади сечения захвата дефектов: «cn» – площадь сечения захвата для электронов [см2]; «cp» – площадь сечения сечение захвата для дырок [см2].
Если заданы все основные величины, то для информации пользователя будут вычислены следующие вторичные параметры:
– эффективное время жизни электронов и дырок «Tau_n» и «Tau_p» [с], согласно следующей зависимости τn = 1/(Ntr(total) ve cn), τp = 1/(Ntr(total) vh cp);
14
– эффективная диффузионная длина для электронов и дырок «L_n» и «L_p» [см]: Ln = (kT/q μe τn )1/2, Lp = (kT/q μh τ p )1/2, где T – температура; k –
постоянная Больцмана; q – заряд электрона; μe , μh – подвижность.
Заметьте, что время жизни и диффузионная длина являются только очень грубыми оценками, поскольку в выражениях для их расчета не принимается во внимание энергетическое положение дефектов. Однако они дают некоторое представление об этих параметрах.
2.2. Внешние параметры
Для активации внешних параметров необходимо нажать на кнопку «DC» или «АС» в левой части основного окна программы (см. рис. 2.1). В центральной части основного окна программы (см. рис. 2.1) находится управление внешними параметрами. Они разделены на 3 подгруппы: «Illumination» – освещение, «Temperature» – температура и «Bondary» – граничные условия. Каждый раз при запуске программы внешние параметры сброшены к значениям по умолчанию.
2.2.1. Освещение
Сначала необходимо определиться, должно ли освещение быть включено или выключено (темнота). Если освещение включено, нужно задать параметры падающего излучения, состоящие из двух компонентов, которые могут быть независимо включены и выключены: спектральная и монохроматическая составляющие. Если включены оба компонента, то падающий свет будет их суммой. Есть также возможность выбора между освещением тыльной и верхней сторон. Для просмотра полного спектра падающего излучения используйте кнопку «spectra» в главном окне.
Спектральная составляющая задается файлом с расширением *.in, в котором определено число фотонов для каждой длины волны падающего излучения. Их число будет дополнительно умножено на коэффициент «times», который также необходимо ввести. Файл по умолчанию AM15.in с коэффициентом times = 1 описывает спектр солнечного излучения AM1.5 (для диапазона 300...1200 нм). Можно создать свои собственные файлы падающего излучения (*.in), но необходимо соблюдать правильный формат файла (см. файлы в качестве примера).
Другая составляющая излучения – монохроматический источник света (излучение лазера). Для него задаются: «wavelength» – длина волны [нм], «photon flux» – поток [1/(см2 · с)] и «width» – спектральная ширина [нм].
15