Edytor warstw

1. Wprowadzenie/Przegląd

Prawie wszystkie urządzenia optoelektroniczne, w tym ogniwa słoneczne, diody OLED i tranzystory OFET, składają się z sekwencji warstw materiałowych. W urządzeniach nieorganicznych warstwy te są często wytwarzane za pomocą metod takich jak osadzanie próżniowe, natomiast w urządzeniach organicznych i hybrydowych stosuje się techniki takie jak nanoszenie metodą rozpryskową lub drukowanie. W OghmaNano ta warstwowa struktura jest reprezentowana w edytorze warstw, który zapewnia interfejs do definiowania i modyfikowania epitaksji urządzenia. Termin „epitaksja” pochodzi z fizyki nieorganicznych półprzewodników, ale w OghmaNano odnosi się on po prostu do uporządkowanej warstwy, z której składa się urządzenie.

2. Definiowanie warstwy.

Edytor warstw wyświetla urządzenie w postaci tabeli warstw. Każdy wiersz zawiera:

• Nazwa warstwy — etykieta służąca do identyfikacji warstwy.
• Grubość – fizyczna grubość warstwy.
• Materiał optyczny – wpis w bazie danych materiałów zawierający informacje o współczynniku załamania i współczynniku absorpcji.
• Typ warstwy — określa, czy warstwa jest warstwą kontaktową, elektrycznie aktywną, czy nieelektrycznie aktywną.
• ID – w skrajnie prawej kolumnie znajduje się unikalny identyfikator warstwy (identyfikator obiektu w formacie JSON projektu). Można rozwinąć tę kolumnę, aby wyświetlić pełną wartość i skopiować ją. Używaj tego identyfikatora podczas tworzenia skryptów lub przeszukiwania pliku JSON, aby jednoznacznie odwoływać się do konkretnej warstwy – nawet jeśli jej nazwa, czytelna dla użytkownika, ulegnie zmianie.

3. Rodzaje warstw

Każda warstwa w urządzeniu musi mieć przypisany określony typ, który decyduje o sposobie jej traktowania w symulacji. Dostępne są trzy typy:

• Kontakt – określa elektryczne połączenia na krawędziach urządzenia (zazwyczaj na górze i na dole). Służą one jako punkty poboru prądu i definiują warunki brzegowe wykorzystywane przez solver elektryczny.
• Aktywny – określa warstwę półprzewodnikową, w której obecne są zarówno elektrony, jak i dziury, a w której rozwiązuje się równania dryfu i dyfuzji oraz równanie Poissona. W tej warstwie zachodzą procesy transportu ładunku, rekombinacji i generacji.
• Pozostałe – obejmują wszystkie pozostałe warstwy, takie jak warstwy transportowe, warstwy buforowe lub warstwy enkapsulacyjne. Warstwy te będą uwzględniane w modelu optycznym i termicznym, ale nie w modelu dyfuzji i dryfu.

Powszechnym błędem jest próba rozwiązywania równań dryfu i dyfuzji w każdej warstwie urządzenia. W praktyce nie jest to konieczne: wiele warstw składa się z jednego rodzaju nośników lub charakteryzuje się wysoką przewodnością – na przykład warstwy transportujące dziury (HTL) i elektrony (ETL) w urządzeniach organicznych – dlatego w tych warstwach nie dochodzi do rekombinacji elektronów i dziur oraz związanych z nią procesów dynamicznych dotyczących par ładunków. Rozwiązywanie równań dryfu i dyfuzji w takich obszarach zwiększa koszty obliczeniowe, nie wnosząc przy tym żadnych nowych informacji fizycznych. Należy używać flagi „aktywna warstwa” tylko wtedy, gdy absolutnie konieczne jest rozwiązanie sprzężonych równań dryfu i dyfuzji oraz równania Poissona – na przykład w fotoaktywnej warstwie ogniwa słonecznego, kanale tranzystora OFET lub w dowolnym obszarze, w którym współistnieją elektrony i dziury, a ich transport/rekombinacja musi być modelowana w sposób jawny. Warstw takich jak HTL/ETL, wysoce przewodzące warstwy buforowe lub metalowe kontakty zazwyczaj nie należy oznaczać jako aktywne, chyba że chcemy zbadać takie efekty, jak krzywe prądowo-napięciowe w kształcie litery S w ogniwach słonecznych.