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OghmaNano Piattaforma di simulazione multifisica per dispositivi optoelettronici e sistemi fotonici SCARICA Guida rapida per iniziare.

Tutorial sulla simulazione di celle solari a giunzione sottile: legge di Mott–Gurney ed estrazione della mobilità.Tutorial sulla simulazione di celle solari a giunzione sottile: legge di Mott–Gurney ed estrazione della mobilità.

Band diagrams illustrating: (a) a standard device with electron and hole contacts and built-in potential; (b) SCLC electron-only transport with aligned conduction band and blocked valence band; (c) SCLC hole-only transport with aligned valence band and blocked conduction band.
(a) Dispositivo standard con contatti per elettroni e lacune. (b) SCLC: trasporto esclusivo di elettroni. (c) SCLC: trasporto esclusivo di lacune.(a) Dispositivo standard con contatti per elettroni e lacune. (b) SCLC: trasporto esclusivo di elettroni. (c) SCLC: trasporto esclusivo di lacune.

La corrente limitata dalla carica spaziale (SCLC) è il regime di trasporto in cui i portatori iniettati prevalgono e la corrente è limitata dal loro movimento attraverso il film, e non dalla generazione. In un dispositivo ideale, privo di trappole, la densità di corrente segue la legge di Mott-Gurney: \( J = \frac{9}{8}\,\varepsilon\,\mu\,\frac{V^2}{L^3} \), con costante dielettrica \( \varepsilon \), mobilità \( \mu \), tensione \( V \) e spessore \( L \). Le misurazioni SCLC (spesso effettuate utilizzando diodi che conducono solo lacune o solo elettroni) sono ampiamente utilizzate per determinare la mobilità e valutare gli effetti delle trappole. In questa guida rapida, configurerai una struttura SCLC, eseguirai una scansione della curva corrente-tensione (JV), individuerai la regione in cui J ∝ V² e vedrai come le trappole o lo spessore influenzano la curva e la mobilità calcolata.La corrente limitata dalla carica spaziale (SCLC) è il regime di trasporto in cui i portatori iniettati prevalgono e la corrente è limitata dal loro movimento attraverso il film, e non dalla generazione. In un dispositivo ideale, privo di trappole, la densità di corrente segue la legge di Mott-Gurney: \( J = \frac{9}{8}\,\varepsilon\,\mu\,\frac{V^2}{L^3} \), con costante dielettrica \( \varepsilon \), mobilità \( \mu \), tensione \( V \) e spessore \( L \). Le misurazioni SCLC (spesso effettuate utilizzando diodi che conducono solo lacune o solo elettroni) sono ampiamente utilizzate per determinare la mobilità e valutare gli effetti delle trappole. In questa guida rapida, configurerai una struttura SCLC, eseguirai una scansione della curva corrente-tensione (JV), individuerai la regione in cui J ∝ V² e vedrai come le trappole o lo spessore influenzano la curva e la mobilità calcolata.

In ?? confrontiamo diverse configurazioni di contatto che regolano quali portatori di carica possono entrare nel dispositivo. Nel pannello (a) è mostrata la struttura standard, dotata di contatti selettivi per elettroni e lacune, che creano un potenziale intrinseco e consentono l’iniezione/estrazione sia di elettroni che di lacune. Modificando l’energia dei contatti o aggiungendo/selezionando strati di trasporto/blocco, è possibile imporre l’iniezione di un singolo tipo di portatore: nel pannello (b) viene creato un dispositivo che consente solo il passaggio di elettroni (SCLC), fornendo basse barriere alla banda di conduzione in entrambi i contatti, bloccando al contempo la banda di valenza (iniezione di lacune), e nel pannello (c) viene creato un dispositivo che consente solo il passaggio di lacune (SCL), allineando la banda di valenza in entrambi i contatti e bloccando la banda di conduzione (iniezione di elettroni). Rispetto al dispositivo standard in (a), i casi di iniezione di un singolo tipo di portatore (b, c) sopprimono la ricombinazione e impongono che la corrente sia governata dal trasporto limitato dalla carica spaziale, il che è ideale per determinare la mobilità dei portatori e gli effetti dei contatti.In ?? confrontiamo diverse configurazioni di contatto che regolano quali portatori di carica possono entrare nel dispositivo. Nel pannello (a) è mostrata la struttura standard, dotata di contatti selettivi per elettroni e lacune, che creano un potenziale intrinseco e consentono l’iniezione/estrazione sia di elettroni che di lacune. Modificando l’energia dei contatti o aggiungendo/selezionando strati di trasporto/blocco, è possibile imporre l’iniezione di un singolo tipo di portatore: nel pannello (b) viene creato un dispositivo che consente solo il passaggio di elettroni (SCLC), fornendo basse barriere alla banda di conduzione in entrambi i contatti, bloccando al contempo la banda di valenza (iniezione di lacune), e nel pannello (c) viene creato un dispositivo che consente solo il passaggio di lacune (SCL), allineando la banda di valenza in entrambi i contatti e bloccando la banda di conduzione (iniezione di elettroni). Rispetto al dispositivo standard in (a), i casi di iniezione di un singolo tipo di portatore (b, c) sopprimono la ricombinazione e impongono che la corrente sia governata dal trasporto limitato dalla carica spaziale, il che è ideale per determinare la mobilità dei portatori e gli effetti dei contatti.

La derivazione dell’equazione di Mott–Gurney, insieme a una discussione dettagliata delle ipotesi fisiche e dei limiti della teoria SCLC (inclusi il trasporto senza trappole, l’iniezione ohmica, la corrente di diffusione trascurabile e il trasporto a singolo portatore), può essere consultata nelle sezioni Derivazione dell’equazione di Mott–Gurney e Condizioni di validità dell’equazione di Mott–Gurney.La derivazione dell’equazione di Mott–Gurney, insieme a una discussione dettagliata delle ipotesi fisiche e dei limiti della teoria SCLC (inclusi il trasporto senza trappole, l’iniezione ohmica, la corrente di diffusione trascurabile e il trasporto a singolo portatore), può essere consultata nelle sezioni Derivazione dell’equazione di Mott–Gurney e Condizioni di validità dell’equazione di Mott–Gurney.

Fase 1: creare una nuova simulazione SCLC.Fase 1: creare una nuova simulazione SCLC.

Avvia OghmaNano dal menu Start di Windows. Si aprirà la finestra principale di OghmaNano, come mostrato in ??.Avvia OghmaNano dal menu Start di Windows. Si aprirà la finestra principale di OghmaNano, come mostrato in ??.

OghmaNano new simulation window showing device categories including perovskite cells, OLEDs, OFETs, GaAs demos, ray tracing, and FDTD examples
La nuova finestra di simulazione offre una libreria di tipi di dispositivi ed esempi di progetti. Facendo doppio clic su una categoria, si aprono le simulazioni preconfigurate; ad esempio, la cartella relativa alle celle perovskitiche, evidenziata qui.La nuova finestra di simulazione offre una libreria di tipi di dispositivi ed esempi di progetti. Facendo doppio clic su una categoria, si aprono le simulazioni preconfigurate; ad esempio, la cartella relativa alle celle perovskitiche, evidenziata qui.
OghmaNano perovskite solar cell examples list showing preconfigured MAPbI₃ device, Perovskite solar cell, and a CELIV example template
All’interno della categoria delle celle a perovskite, è possibile scegliere tra diverse strutture di dispositivi preconfigurate, tra cui un esempio di MAPbI₃, una cella solare generica a perovskite e un esempio specifico di SCLC. Per questo tutorial, selezionate il modello SCLC per analizzare la corrente limitata dalla carica spaziale e l’estrazione della mobilità.All’interno della categoria delle celle a perovskite, è possibile scegliere tra diverse strutture di dispositivi preconfigurate, tra cui un esempio di MAPbI₃, una cella solare generica a perovskite e un esempio specifico di SCLC. Per questo tutorial, selezionate il modello SCLC per analizzare la corrente limitata dalla carica spaziale e l’estrazione della mobilità.

Fase 2: Verificare che i contatti siano configurati correttamente per SCLC.Fase 2: Verificare che i contatti siano configurati correttamente per SCLC.

Dopo aver salvato l’esempio di SCLC, si aprirà la finestra principale (??). In questa finestra viene visualizzata la rappresentazione tridimensionale del dispositivo. I due pulsanti principali che utilizzeremo in questa finestra sono il pulsante «Esegui simulazione» e il pulsante «Contatti».Dopo aver salvato l’esempio di SCLC, si aprirà la finestra principale (??). In questa finestra viene visualizzata la rappresentazione tridimensionale del dispositivo. I due pulsanti principali che utilizzeremo in questa finestra sono il pulsante «Esegui simulazione» e il pulsante «Contatti».

Prima di avviare la simulazione, fare clic su: Avvia simulazione (o premendo) F9), dobbiamo innanzitutto esaminare i contatti. Nella finestra principale:??), Contatti il pulsante è evidenziato nella casella rossa in basso. Cliccandoci sopra si apre l’editor dei contatti. L’editor dei contatti consente di impostare lo stesso tipo di operatore telefonico per entrambi i contatti. Ad esempio, è possibile definirli entrambi come: Buco contatti??oppure entrambi come Elettrone contatti??In altre parole, si seleziona un tipo di supporto e lo si applica a entrambi i lati del dispositivo. Prima di avviare la simulazione, fare clic su: Avvia simulazione (o premendo) F9), dobbiamo innanzitutto esaminare i contatti. Nella finestra principale:??), Contatti il pulsante è evidenziato nella casella rossa in basso. Cliccandoci sopra si apre l’editor dei contatti. L’editor dei contatti consente di impostare lo stesso tipo di operatore telefonico per entrambi i contatti. Ad esempio, è possibile definirli entrambi come: Buco contatti??oppure entrambi come Elettrone contatti??In altre parole, si seleziona un tipo di supporto e lo si applica a entrambi i lati del dispositivo.

Questa configurazione è molto diversa da quella di una cella solare, in cui i due contatti devono essere diversi: uno per gli elettroni e uno per le lacune. Non importa quale sia la polarità di ciascun contatto, ma l’asimmetria è essenziale per separare le cariche e generare la corrente. Nelle misurazioni SCLC, tuttavia, la simmetria è intenzionale. Se entrambi i contatti sono impostati su «Elettrone», il dispositivo misura la mobilità degli elettroni. Se entrambi sono impostati su «Lacuna», misura la mobilità delle lacune. La logica è semplice: i contatti iniettano il tipo di portatore per il quale sono configurati e questo tipo di portatore determina il trasporto all’interno del dispositivo.Questa configurazione è molto diversa da quella di una cella solare, in cui i due contatti devono essere diversi: uno per gli elettroni e uno per le lacune. Non importa quale sia la polarità di ciascun contatto, ma l’asimmetria è essenziale per separare le cariche e generare la corrente. Nelle misurazioni SCLC, tuttavia, la simmetria è intenzionale. Se entrambi i contatti sono impostati su «Elettrone», il dispositivo misura la mobilità degli elettroni. Se entrambi sono impostati su «Lacuna», misura la mobilità delle lacune. La logica è semplice: i contatti iniettano il tipo di portatore per il quale sono configurati e questo tipo di portatore determina il trasporto all’interno del dispositivo.

OghmaNano main window with the toolbar and a blue Play button used to run the simulation after creating a new project.
La finestra principale. Dopo aver creato una nuova simulazione, utilizzare il pulsante blu «Avvia simulazione» per iniziare l’esecuzione della simulazione SCLC.La finestra principale. Dopo aver creato una nuova simulazione, utilizzare il pulsante blu «Avvia simulazione» per iniziare l’esecuzione della simulazione SCLC.
Contacts editor showing both contacts configured for hole majority carrier with Ohmic model.
Aprire l’editor dei contatti dalla finestra principale. Per le celle solari a contatto singolo (SCLC), impostare entrambi i contatti su «Foro» e selezionare il modello desiderato.Aprire l’editor dei contatti dalla finestra principale. Per le celle solari a contatto singolo (SCLC), impostare entrambi i contatti su «Foro» e selezionare il modello desiderato.
Contacts editor showing both contacts configured for electron majority carrier with Ohmic model.
Per i dispositivi SCLC che utilizzano esclusivamente elettroni, impostare entrambi i contatti su «Elettrone».Per i dispositivi SCLC che utilizzano esclusivamente elettroni, impostare entrambi i contatti su «Elettrone».

Fase 3: Verificare che la simulazione sia in esecuzione in un ambiente buio.Fase 3: Verificare che la simulazione sia in esecuzione in un ambiente buio.

L’SCLC viene quasi sempre eseguito al buio. Prima di avviare l’esperimento, assicurarsi che anche la simulazione sia impostata in condizioni di oscurità. Questo si fa tramite la scheda «Optical», impostando l’intensità della luce (Suns) a 0,0, come mostrato in ??.L’SCLC viene quasi sempre eseguito al buio. Prima di avviare l’esperimento, assicurarsi che anche la simulazione sia impostata in condizioni di oscurità. Questo si fa tramite la scheda «Optical», impostando l’intensità della luce (Suns) a 0,0, come mostrato in ??.

Optical tab with Light intensity (Suns) control set to 0.0. All light sources are off for SCLC.
Nella scheda «Ottica», impostare l’intensità della luce a 0,0 unità solari. La SCLC viene misurata al buio.Nella scheda «Ottica», impostare l’intensità della luce a 0,0 unità solari. La SCLC viene misurata al buio.

Fase 4: Attiva l’opzione di visualizzazione dei risultati della scansione dei parametri.Fase 4: Attiva l’opzione di visualizzazione dei risultati della scansione dei parametri.

L’ultima operazione da eseguire prima di avviare la simulazione SCLC è aprire l’editor JV, a cui è possibile accedere tramite la scheda «Editor» → «Editor JV» nella finestra principale (??). In questo modo si aprirà la finestra di configurazione JV (??).L’ultima operazione da eseguire prima di avviare la simulazione SCLC è aprire l’editor JV, a cui è possibile accedere tramite la scheda «Editor» → «Editor JV» nella finestra principale (??). In questo modo si aprirà la finestra di configurazione JV (??).

In questa finestra, assicurarsi che il parametro «Salva le sequenze di variazioni» sia impostato su «Disco», come mostrato nella parte inferiore di ??. Attivando questa opzione, si garantisce che i parametri chiave del dispositivo – come la mobilità, la densità dei portatori e altre grandezze elettriche – vengano registrati in funzione della tensione applicata. Invece di generare semplici immagini bidimensionali, il software integra questi valori all’interno del dispositivo e li memorizza, in modo da poterli rappresentare graficamente in relazione alla tensione in un secondo momento. Questo è fondamentale per l’analisi SCLC, perché consente di osservare come la mobilità evolve in funzione della tensione e di determinare i valori estratti dalle curve SCLC.In questa finestra, assicurarsi che il parametro «Salva le sequenze di variazioni» sia impostato su «Disco», come mostrato nella parte inferiore di ??. Attivando questa opzione, si garantisce che i parametri chiave del dispositivo – come la mobilità, la densità dei portatori e altre grandezze elettriche – vengano registrati in funzione della tensione applicata. Invece di generare semplici immagini bidimensionali, il software integra questi valori all’interno del dispositivo e li memorizza, in modo da poterli rappresentare graficamente in relazione alla tensione in un secondo momento. Questo è fondamentale per l’analisi SCLC, perché consente di osservare come la mobilità evolve in funzione della tensione e di determinare i valori estratti dalle curve SCLC.

Per impostazione predefinita, questa funzione è spesso disattivata perché la scrittura dei dati di scansione su disco può rallentare le simulazioni. Nella maggior parte dei casi, è preferibile ridurre al minimo l’output su disco per mantenere l’efficienza delle simulazioni. Tuttavia, nel caso di SCLC, vale la pena abilitarla nonostante il tempo aggiuntivo richiesto, poiché senza di essa non sarebbe possibile analizzare correttamente le tendenze della mobilità nel dispositivo.Per impostazione predefinita, questa funzione è spesso disattivata perché la scrittura dei dati di scansione su disco può rallentare le simulazioni. Nella maggior parte dei casi, è preferibile ridurre al minimo l’output su disco per mantenere l’efficienza delle simulazioni. Tuttavia, nel caso di SCLC, vale la pena abilitarla nonostante il tempo aggiuntivo richiesto, poiché senza di essa non sarebbe possibile analizzare correttamente le tendenze della mobilità nel dispositivo.

Use the JV editor under the editors ribbon of the main window to open the JV editor to turn on dumping sweep data.
Utilizzate l’editor JV, che si trova nella barra degli strumenti degli editori nella finestra principale, per aprire l’editor JV e attivare la funzione di acquisizione dei dati durante la scansione.Utilizzate l’editor JV, che si trova nella barra degli strumenti degli editori nella finestra principale, per aprire l’editor JV e attivare la funzione di acquisizione dei dati durante la scansione.
JV experiment editor window with the 'Save parameter sweeps' option set to Disk at the bottom of the configuration.
Redazione → Redattore JV, assicurarsi che il parametro «Salva le sequenze di variazioni» sia impostato su «Disco» prima di avviare l’esecuzione.Redazione → Redattore JV, assicurarsi che il parametro «Salva le sequenze di variazioni» sia impostato su «Disco» prima di avviare l’esecuzione.

Passaggio 5: avviare la simulazione SCLC.Passaggio 5: avviare la simulazione SCLC.

Una volta che la simulazione SCLC è stata preparata in modo completo, impostando entrambi i contatti su Buco oppure Elettroneassicurandosi che la luce sia spenta e attivando Salva i parametri impostati per la scansione. opzione: sei pronto per avviare il programma. Torna alla finestra principale e avvia la simulazione facendo clic su: Riproduci pulsante oppure premendo F9. Una volta che la simulazione SCLC è stata preparata in modo completo, impostando entrambi i contatti su Buco oppure Elettroneassicurandosi che la luce sia spenta e attivando Salva i parametri impostati per la scansione. opzione: sei pronto per avviare il programma. Torna alla finestra principale e avvia la simulazione facendo clic su: Riproduci pulsante oppure premendo F9.

Al termine dell’esecuzione, aprire il Risultato tab (??). Qui potrete visualizzare i risultati standard della simulazione, tra cui: jv.csv e sweep cartella. Facendo doppio clic su jv.csv apre la mappa del progetto congiunto??), che mostra una curva tipica del carcinoma a piccole cellule. Premendo L seguito da Maiusc+L imposta entrambi gli assi su una scala logaritmica, facilitando l’individuazione del regime SCLC nei dati. Al termine dell’esecuzione, aprire il Risultato tab (??). Qui potrete visualizzare i risultati standard della simulazione, tra cui: jv.csv e sweep cartella. Facendo doppio clic su jv.csv apre la mappa del progetto congiunto??), che mostra una curva tipica del carcinoma a piccole cellule. Premendo L seguito da Maiusc+L imposta entrambi gli assi su una scala logaritmica, facilitando l’individuazione del regime SCLC nei dati.

Output tab showing generated files including jv.csv, k.csv and a sweep directory after running the simulation.
Dopo aver fatto clic su «Esegui», la scheda «Risultati» visualizza i risultati generati e la directory sweep.Dopo aver fatto clic su «Esegui», la scheda «Risultati» visualizza i risultati generati e la directory sweep.
JV plot window displaying the SCLC current density–voltage curve on log–log axes.
Aprire jv.csv e premere L, quindi Shift+L per visualizzare il grafico con scala logaritmica su entrambi gli assi. La curva JV rivela il regime SCLC.Aprire jv.csv e premere L, quindi Shift+L per visualizzare il grafico con scala logaritmica su entrambi gli assi. La curva JV rivela il regime SCLC.

Passaggio 6: calcolare la mobilità utilizzando la legge di Mott–Gurney.Passaggio 6: calcolare la mobilità utilizzando la legge di Mott–Gurney.

Per determinare la mobilità dei portatori di carica a partire da una misurazione SCLC, utilizziamo la legge di Mott-Gurney, che mette in relazione la densità di corrente misurata con la tensione applicata in condizioni in cui non sono presenti trappole. Il passaggio fondamentale consiste nell’identificare il regime SCLC nella curva JV, misurata al buio (??). Il regime SCLC si verifica quando l’iniezione di portatori dai contatti è sufficientemente efficiente da far sì che la corrente non sia più limitata dai portatori generati termicamente, ma piuttosto dall’accumulo di carica spaziale nel dispositivo. In questo regime, la densità di corrente aumenta in modo quadratico con la tensione, seguendo la relazione \( J \propto V^2 \).Per determinare la mobilità dei portatori di carica a partire da una misurazione SCLC, utilizziamo la legge di Mott-Gurney, che mette in relazione la densità di corrente misurata con la tensione applicata in condizioni in cui non sono presenti trappole. Il passaggio fondamentale consiste nell’identificare il regime SCLC nella curva JV, misurata al buio (??). Il regime SCLC si verifica quando l’iniezione di portatori dai contatti è sufficientemente efficiente da far sì che la corrente non sia più limitata dai portatori generati termicamente, ma piuttosto dall’accumulo di carica spaziale nel dispositivo. In questo regime, la densità di corrente aumenta in modo quadratico con la tensione, seguendo la relazione \( J \propto V^2 \).

In un grafico log-log che rappresenta la densità di corrente in funzione della tensione, il regime SCLC può essere identificato da una regione lineare con una pendenza di circa 2,0. A tensioni più basse, la pendenza si avvicina a 1,0, riflettendo una conduzione ohmica dominata dai portatori di carica in equilibrio. A tensioni più elevate, la corrente potrebbe discostarsi nuovamente dal comportamento quadratico se il riempimento delle trappole, la resistenza in serie o gli effetti di campo elevato diventano significativi. Pertanto, la mobilità dovrebbe essere estratta specificamente dalla regione di tensione intermedia in cui la pendenza è prossima a 2, poiché ciò corrisponde alla condizione SCLC senza trappole, presupposta nella legge di Mott-Gurney.In un grafico log-log che rappresenta la densità di corrente in funzione della tensione, il regime SCLC può essere identificato da una regione lineare con una pendenza di circa 2,0. A tensioni più basse, la pendenza si avvicina a 1,0, riflettendo una conduzione ohmica dominata dai portatori di carica in equilibrio. A tensioni più elevate, la corrente potrebbe discostarsi nuovamente dal comportamento quadratico se il riempimento delle trappole, la resistenza in serie o gli effetti di campo elevato diventano significativi. Pertanto, la mobilità dovrebbe essere estratta specificamente dalla regione di tensione intermedia in cui la pendenza è prossima a 2, poiché ciò corrisponde alla condizione SCLC senza trappole, presupposta nella legge di Mott-Gurney.

L’equazione di Mott–Gurney presuppone un trasporto senza la presenza di trappole, un’iniezione ohmica, un unico tipo di portatore di carica, una mobilità uniforme, una corrente di diffusione trascurabile e l’assenza di una resistenza serie significativa. Per una corrente limitata dalla carica spaziale in assenza di trappole, la densità di corrente è data da:L’equazione di Mott–Gurney presuppone un trasporto senza la presenza di trappole, un’iniezione ohmica, un unico tipo di portatore di carica, una mobilità uniforme, una corrente di diffusione trascurabile e l’assenza di una resistenza serie significativa. Per una corrente limitata dalla carica spaziale in assenza di trappole, la densità di corrente è data da:

$$ J = \frac{9}{8}\,\varepsilon \mu \frac{V^2}{L^3}. $$ $$ J = \frac{9}{8}\,\varepsilon \mu \frac{V^2}{L^3}. $$

Riorganizzazione per favorire la mobilità:Riorganizzazione per favorire la mobilità:

$$ \mu = \frac{8}{9} \cdot \frac{J L^3}{\varepsilon V^2}. $$ $$ \mu = \frac{8}{9} \cdot \frac{J L^3}{\varepsilon V^2}. $$

Sostituendo i valori rappresentativi:Sostituendo i valori rappresentativi:

Ora:Ora:

$$ \mu = \frac{8}{9} \cdot \frac{ (1.0\times10^{3})(1.0\times10^{-21}) } { (2.655\times10^{-11})(1.0^2) } = 3.35\times10^{-8}~\text{m}^2\text{V}^{-1}\text{s}^{-1}. $$ $$ \mu = \frac{8}{9} \cdot \frac{ (1.0\times10^{3})(1.0\times10^{-21}) } { (2.655\times10^{-11})(1.0^2) } = 3.35\times10^{-8}~\text{m}^2\text{V}^{-1}\text{s}^{-1}. $$

Nel sistema di unità cgs, questo valore corrisponde a circa \(3.35\times10^{-4}~\text{cm}^2\text{V}^{-1}\text{s}^{-1}\).Nel sistema di unità cgs, questo valore corrisponde a circa \(3.35\times10^{-4}~\text{cm}^2\text{V}^{-1}\text{s}^{-1}\).

Questo esempio pratico illustra come sia possibile ricavare direttamente il valore della mobilità dalla curva caratteristica corrente-tensione (JV) nel regime SCLC, utilizzando la relazione di Mott-Gurney.Questo esempio pratico illustra come sia possibile ricavare direttamente il valore della mobilità dalla curva caratteristica corrente-tensione (JV) nel regime SCLC, utilizzando la relazione di Mott-Gurney.

Passaggio 7: rappresentare graficamente la mobilità simulata all’interno del dispositivo.Passaggio 7: rappresentare graficamente la mobilità simulata all’interno del dispositivo.

Uno dei principali vantaggi della simulazione è che non ci si limita alle previsioni dei modelli analitici. Invece, è possibile esaminare direttamente l’interno del dispositivo simulato e osservare come le grandezze fisiche evolvono in funzione della tensione applicata. In questo caso, possiamo analizzare i risultati salvati nella cartella sweep, mostrata in ??. Aprendo questa cartella, si visualizza un elenco di file (??) che contengono i parametri del dispositivo salvati in funzione della tensione. Questi includono i tassi di generazione, le densità di portatori, i tassi di ricombinazione e molte altre grandezze. Per l’analisi della mobilità, i file principali sono mun.csv e mup.csv, che riportano le mobilità degli elettroni e delle lacune simulate. Il file da scegliere dipende dal fatto che in precedenza si sia configurato il dispositivo con contatti per elettroni o per lacune. In questo esempio, siamo interessati al trasporto degli elettroni, quindi esaminiamo l’output mun.csv, mostrato in ??. Questo grafico mostra come la mobilità varia in funzione della tensione applicata.Uno dei principali vantaggi della simulazione è che non ci si limita alle previsioni dei modelli analitici. Invece, è possibile esaminare direttamente l’interno del dispositivo simulato e osservare come le grandezze fisiche evolvono in funzione della tensione applicata. In questo caso, possiamo analizzare i risultati salvati nella cartella sweep, mostrata in ??. Aprendo questa cartella, si visualizza un elenco di file (??) che contengono i parametri del dispositivo salvati in funzione della tensione. Questi includono i tassi di generazione, le densità di portatori, i tassi di ricombinazione e molte altre grandezze. Per l’analisi della mobilità, i file principali sono mun.csv e mup.csv, che riportano le mobilità degli elettroni e delle lacune simulate. Il file da scegliere dipende dal fatto che in precedenza si sia configurato il dispositivo con contatti per elettroni o per lacune. In questo esempio, siamo interessati al trasporto degli elettroni, quindi esaminiamo l’output mun.csv, mostrato in ??. Questo grafico mostra come la mobilità varia in funzione della tensione applicata.

Questa tendenza in aumento si riscontra nei dispositivi che contengono trappole. Man mano che la polarizzazione aumenta, un numero maggiore di trappole si riempie e vengono rilasciati ulteriori portatori di carica negli stati liberi, il che determina un apparente aumento della mobilità. Questo comportamento va oltre la semplice descrizione di Mott–Gurney e sottolinea l’importanza della simulazione: non solo riproduce la curva corrente-tensione, ma ci permette anche di osservare i processi fisici sottostanti che influenzano le prestazioni del dispositivo.Questa tendenza in aumento si riscontra nei dispositivi che contengono trappole. Man mano che la polarizzazione aumenta, un numero maggiore di trappole si riempie e vengono rilasciati ulteriori portatori di carica negli stati liberi, il che determina un apparente aumento della mobilità. Questo comportamento va oltre la semplice descrizione di Mott–Gurney e sottolinea l’importanza della simulazione: non solo riproduce la curva corrente-tensione, ma ci permette anche di osservare i processi fisici sottostanti che influenzano le prestazioni del dispositivo.

Contents of the sweep directory shown in the Output tab, with many CSV files representing device parameters plotted against voltage.
Il contenuto della directory sweep è accessibile dalla scheda «Output». In questa directory sono memorizzati numerosi parametri del dispositivo, che possono essere rappresentati graficamente in funzione della tensione.Il contenuto della directory sweep è accessibile dalla scheda «Output». In questa directory sono memorizzati numerosi parametri del dispositivo, che possono essere rappresentati graficamente in funzione della tensione.
Plot of electron mobility versus voltage loaded from the sweep directory.
Dalla directory sweep, apri il file contenente i risultati relativi alla mobilità degli elettroni per visualizzare come tale mobilità varia in funzione della tensione.Dalla directory sweep, apri il file contenente i risultati relativi alla mobilità degli elettroni per visualizzare come tale mobilità varia in funzione della tensione.

Confrontando il risultato analitico ottenuto nella sezione 5 con il risultato numerico ottenuto nella sezione 6, si ottiene una mobilità analitica di circa \(3.35\times10^{-8}\ \mathrm{m^2\,V^{-1}\,s^{-1}}\), rispetto a un valore simulato di circa \(2\times10^{-8}\ \mathrm{m^2\,V^{-1}\,s^{-1}}\) nel caso SCLC. La discrepanza è relativamente piccola, ma evidenzia un risultato comune quando si confrontano gli approcci analitici e numerici: modelli analitici semplificati (ad esempio, ipotesi ideali di Mott–Gurney senza trappole, iniezione perfettamente ohmica, campi uniformi, assenza di resistenza in serie o dipendenza dal campo) possono differire dalle simulazioni complete del dispositivo, che tengono conto delle trappole, delle variazioni spaziali e dei contatti non ideali. Di conseguenza, i valori analitici e numerici non devono necessariamente corrispondere esattamente, anche nel caso SCLC, ma le loro tendenze dovrebbero essere coerenti.Confrontando il risultato analitico ottenuto nella sezione 5 con il risultato numerico ottenuto nella sezione 6, si ottiene una mobilità analitica di circa \(3.35\times10^{-8}\ \mathrm{m^2\,V^{-1}\,s^{-1}}\), rispetto a un valore simulato di circa \(2\times10^{-8}\ \mathrm{m^2\,V^{-1}\,s^{-1}}\) nel caso SCLC. La discrepanza è relativamente piccola, ma evidenzia un risultato comune quando si confrontano gli approcci analitici e numerici: modelli analitici semplificati (ad esempio, ipotesi ideali di Mott–Gurney senza trappole, iniezione perfettamente ohmica, campi uniformi, assenza di resistenza in serie o dipendenza dal campo) possono differire dalle simulazioni complete del dispositivo, che tengono conto delle trappole, delle variazioni spaziali e dei contatti non ideali. Di conseguenza, i valori analitici e numerici non devono necessariamente corrispondere esattamente, anche nel caso SCLC, ma le loro tendenze dovrebbero essere coerenti.

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