Strona główna Przykłady Zrzuty ekranu Instrukcja obsługi Logo Bluesky. YouTube ☰
OghmaNano Platforma do symulacji wielofizycznych procesów zachodzących w optoelektronicznych urządzeniach i systemach fotonicznych. POBIERZ Przewodnik szybkiego uruchomienia

Samouczek dotyczący urządzeń perowskitowych/organicznych – symulacja SCLC

1. Wprowadzenie

Ograniczenie prądu przez ładunek przestrzenny (SCLC) występuje, gdy prąd przepływający przez urządzenie jest ograniczony przez transport wprowadzonych nośników ładunku, a nie przez proces generowania. W tym reżimie gęstość prądu podlega prawu Motta–Gurneya:

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

gdzie ε to stała dielektryczna, μ – ruchliwość nośników, V – przyłożone napięcie, a L – grubość. Eksperymentalnie, metoda SCLC jest jedną z najczęściej stosowanych metod do określania ruchliwości nośników i gęstości pułapek w organicznych i perowskitowych półprzewodnikach.

2. Konfiguracja symulacji.

Uruchom program OghmaNano i otwórz okno „Nowa symulacja” (??). Wybierz szablon diody SCLC (lub, jeśli nie jest dostępny, wybierz ogólny szablon diody perowskitowej i skonfiguruj kontakty tak, aby umożliwiały transport tylko nośników dziur lub tylko elektronów). W ten sposób utworzysz prosty model testowy, w którym dominującym czynnikiem wpływającym na prąd są wstrzykiwane nośniki.

New simulation window showing selection of SCLC diode template
Nowe okno symulacji z wybranym szablonem diody SCLC.

3. Uruchamianie symulacji.

Wyłącz. Rodzaj symulacji do, do (cel) Krzywa charakterystyki prądowo-napięciowej (JV)Ustaw zakres napięcia od 0 do kilku woltów (np. 0–5 V). Naciśnij Uruchom symulację. (niebieski przycisk odtwarzania) lub F9Po zakończeniu procesu otwórz Wynik / Dane wyjściowe tabela i wykres jv.csv (??).

SCLC JV curve showing quadratic dependence of current on voltage
Krzywa J–V dla urządzenia SCLC, przedstawiająca charakterystyczną zależność kwadratową (J ∝ V²).

4. Analiza małoskomórkowego raka płuca.

Na wykresie przedstawiającym zależność logarytmiczną J od V, obszar charakteryzujący się zachowaniem SCLC (State-Dependent Conduction) ma nachylenie w przybliżeniu równe 2. Na podstawie tej krzywej można zastosować prawo Motta-Gurneya do oszacowania ruchliwości nośników. Jeśli uwzględni się obecność pułapek, nachylenie odbiega od wartości 2, co umożliwia oszacowanie gęstości pułapek i rozkładu energii.

📝 Zadanie 1 — Zmiana napięcia

Przeprowadź symulację charakterystyki prądowo-napięciowej (JV) dla zakresu napięć od 0 do 5 V. Przedstaw wyniki na wykresie w skali logarytmicznej i zidentyfikuj obszar, w którym nachylenie wynosi około 2.

Oczekiwane wyniki obserwacji.

W przestrzeni logarytmiczno-logarytmicznej charakterystyka SCLC przyjmuje postać linii prostej o nachyleniu w przybliżeniu równym 2. Poniżej tego poziomu prąd jest ograniczony przez proces wstrzykiwania, natomiast powyżej tego poziomu dominującym czynnikiem może być rezystancja szeregowa.

🧪 Zadanie 2 — Zmień ustawienia dotyczące mobilności.

W sekcji „Parametry elektryczne” zmień wartość ruchliwości nośników ładunku, zwiększając ją lub zmniejszając dziesięciokrotnie. Ponownie uruchom symulację i nałóż wykresy na siebie.

Oczekiwane wyniki obserwacji.

Krzywa J–V przesuwa się w górę proporcjonalnie do mobilności nośników. Wyższa mobilność → wyższy prąd przy tym samym napięciu, przy czym kwadratowy współczynnik nachylenia pozostaje niezmieniony.

⚡ Zadanie 3 — Dodaj pułapki.

Włącz możliwość definiowania stanów pułapkowych (np. rozkład Gaussa lub eksponencjalny) w parametrach elektrycznych. Porównaj krzywą charakterystyki prądowo-napięciowej (JV) z uwzględnieniem i bez uwzględniania stanów pułapkowych.

Oczekiwane wyniki obserwacji.

W obecności pułapek, zależność nachylenia krzywej w skali log-log odbiega od wartości 2 (zazwyczaj przyjmuje wartości od 2 do 4). Napięcie progowe przesuwa się w górę, co wskazuje na zmniejszenie efektywności zbierania nośników ładunku.

✅ Co już wiesz.

👉 Kolejne kroki: