Моделювання гетероперехідного діода AlGaAs/GaAs: узгодження зон, характеристики струм-напруга та транспорт носіїв заряду.Моделювання гетероперехідного діода AlGaAs/GaAs: узгодження зон, характеристики струм-напруга та транспорт носіїв заряду.

1. Вступ: навіщо моделювати гетероперехід AlGaAs/GaAs?1. Вступ: навіщо моделювати гетероперехід AlGaAs/GaAs?

Гетероперехідний діод AlGaAs/GaAs — це напівпровідниковий діод, який утворюється в місці контакту двох різних матеріалів групи III–V: арсеніду алюмінію-галію (AlxGa1−xAs) і арсеніду галію (GaAs). На відміну від звичайного GaAs PN-діода, цей пристрій поєднує в собі зміну рівня легування та зміну структури зон напівпровідника. Отже, в цьому переході спостерігаються як вбудований електростатичний потенціал, так і різниця рівнів між зоною провідності та валентною зоною.Гетероперехідний діод AlGaAs/GaAs — це напівпровідниковий діод, який утворюється в місці контакту двох різних матеріалів групи III–V: арсеніду алюмінію-галію (AlxGa1−xAs) і арсеніду галію (GaAs). На відміну від звичайного GaAs PN-діода, цей пристрій поєднує в собі зміну рівня легування та зміну структури зон напівпровідника. Отже, в цьому переході спостерігаються як вбудований електростатичний потенціал, так і різниця рівнів між зоною провідності та валентною зоною.

У цьому навчальному посібнику ми досліджуємо p-Al0.30Ga0.70As / n-GaAs перехід, використовуючи одномірний розв’язувач рівнянь Пуассона та дифузії-дрейфу від OghmaNano. Область AlGaAs з ширшою забороненою зоною межує з областю GaAs з вужчою забороненою зоною; їхня межа впливає на ін’єкцію електронів і дірок і забезпечує просте введення в концепцію вирівнювання зон гетеропереходу. Загальна товщина напівпровідникової структури становить лише 700 нм, що робить її зручною для візуалізації внутрішніх профілів транспорту.У цьому навчальному посібнику ми досліджуємо p-Al0.30Ga0.70As / n-GaAs перехід, використовуючи одномірний розв’язувач рівнянь Пуассона та дифузії-дрейфу від OghmaNano. Область AlGaAs з ширшою забороненою зоною межує з областю GaAs з вужчою забороненою зоною; їхня межа впливає на ін’єкцію електронів і дірок і забезпечує просте введення в концепцію вирівнювання зон гетеропереходу. Загальна товщина напівпровідникової структури становить лише 700 нм, що робить її зручною для візуалізації внутрішніх профілів транспорту.

Гетероструктури AlGaAs/GaAs є важливими конструктивними елементами в III–V електроніці та оптоелектроніці, зокрема в гетероперехідних пристроях, фотоелектричних віконних шарах і світловипромінювальних структурах. У цьому прикладі конкретно демонструється діод/випрямляч: він не представлений як оптимізований фотодіод, лазерний діод або комерційна високошвидкісна деталь. Ми використаємо цю модель, щоб встановити зв’язок між вимірюваною характеристикою «темний струм – напруга» (J–V) і мікроскопічною діаграмою зон та фізикою рекомбінації.Гетероструктури AlGaAs/GaAs є важливими конструктивними елементами в III–V електроніці та оптоелектроніці, зокрема в гетероперехідних пристроях, фотоелектричних віконних шарах і світловипромінювальних структурах. У цьому прикладі конкретно демонструється діод/випрямляч: він не представлений як оптимізований фотодіод, лазерний діод або комерційна високошвидкісна деталь. Ми використаємо цю модель, щоб встановити зв’язок між вимірюваною характеристикою «темний струм – напруга» (J–V) і мікроскопічною діаграмою зон та фізикою рекомбінації.

Основний вигляд показано на ??. Решта інструкцій дотримується тієї ж послідовності, що й в інших прикладах для діодів OghmaNano: завантажте пристрій, перевірте його вхідні параметри, запустіть моделювання та проаналізуйте результати.Основний вигляд показано на ??. Решта інструкцій дотримується тієї ж послідовності, що й в інших прикладах для діодів OghmaNano: завантажте пристрій, перевірте його вхідні параметри, запустіть моделювання та проаналізуйте результати.

2. Створення нової моделі.2. Створення нової моделі.

У головному вікні OghmaNano виберіть «Нова симуляція». Демонстраційний браузер групує пов’язані приклади напівпровідникових пристроїв. Відкрийте демонстрації GaAs/III–V і виберіть приклад гетероперехідного діода AlGaAs/GaAs або безпосередньо завантажте наданий приклад проєкту, якщо його назва в меню відрізняється в різних версіях. Два етапи роботи браузера показано на ?? і ??.У головному вікні OghmaNano виберіть «Нова симуляція». Демонстраційний браузер групує пов’язані приклади напівпровідникових пристроїв. Відкрийте демонстрації GaAs/III–V і виберіть приклад гетероперехідного діода AlGaAs/GaAs або безпосередньо завантажте наданий приклад проєкту, якщо його назва в меню відрізняється в різних версіях. Два етапи роботи браузера показано на ?? і ??.

Після відкриття прикладу перевірте вертикальну структуру в режимі перегляду пристрою. Хоча візуалізація є тривимірною, у цьому навчальному посібнику розглядається одномірний електричний транспорт через товщину шару. Модель не враховує латеральне скупчення струму або реальну геометрію металевих контактів.Після відкриття прикладу перевірте вертикальну структуру в режимі перегляду пристрою. Хоча візуалізація є тривимірною, у цьому навчальному посібнику розглядається одномірний електричний транспорт через товщину шару. Модель не враховує латеральне скупчення струму або реальну геометрію металевих контактів.

3. Аналіз структури шарів, складу сплаву та процесу легування.3. Аналіз структури шарів, складу сплаву та процесу легування.

3.1 Структура шарів3.1 Структура шарів

Відкрийте редактор шарів на панелі інструментів пристрою. Активний діод складається з трьох напівпровідникових шарів, над якими розташована повітряна область, що використовується для відображення пристрою. Електрична проблема стосується напівпровідникової структури товщиною 700 нм, а не повітряної області товщиною 200 нм.Відкрийте редактор шарів на панелі інструментів пристрою. Активний діод складається з трьох напівпровідникових шарів, над якими розташована повітряна область, що використовується для відображення пристрою. Електрична проблема стосується напівпровідникової структури товщиною 700 нм, а не повітряної області товщиною 200 нм.

Межа між p-AlGaAs і n-GaAs є одночасно металургійним p-n-переходом і межею між матеріалами. Межа між n-GaAs і n+-GaAs є переходом домішок усередині GaAs, а не другим гетеропереходом. Зображення редактора шарів (??) і конфігурації контактів (??) наведено нижче.Межа між p-AlGaAs і n-GaAs є одночасно металургійним p-n-переходом і межею між матеріалами. Межа між n-GaAs і n+-GaAs є переходом домішок усередині GaAs, а не другим гетеропереходом. Зображення редактора шарів (??) і конфігурації контактів (??) наведено нижче.

3.2 Легувальні добавки та склад на основі алюмінію3.2 Легувальні добавки та склад на основі алюмінію

Відкрийте редактор «Допування / іони» на панелі інструментів «Електрика». Сторона AlGaAs, легована акцепторними домішками, і сторона GaAs, легована донорними домішками, утворюють випрямляючий перехід (??). Знак допування змінюється на межі між матеріалами, що створює вбудоване електричне поле. Область n+ збільшує концентрацію електронів поблизу катода.Відкрийте редактор «Допування / іони» на панелі інструментів «Електрика». Сторона AlGaAs, легована акцепторними домішками, і сторона GaAs, легована донорними домішками, утворюють випрямляючий перехід (??). Знак допування змінюється на межі між матеріалами, що створює вбудоване електричне поле. Область n+ збільшує концентрацію електронів поблизу катода.

Далі відкрийте редактор для зміни складу/градієнтів сплаву. Сплав AlGaAs має молярну частку алюмінію, що дорівнює x = 0,30, тоді як GaAs відповідає значенню x = 0. Різкий перехід у складі (??) є однією з основних причин наявності східцеподібної ділянки на діаграмі енергетичних зон, окрім звичайної електростатичної деформації зон.Далі відкрийте редактор для зміни складу/градієнтів сплаву. Сплав AlGaAs має молярну частку алюмінію, що дорівнює x = 0,30, тоді як GaAs відповідає значенню x = 0. Різкий перехід у складі (??) є однією з основних причин наявності східцеподібної ділянки на діаграмі енергетичних зон, окрім звичайної електростатичної деформації зон.

3.3 Чому інтерфейс має значення.3.3 Чому інтерфейс має значення.

За кімнатної температури ширина забороненої зони GaAs становить близько 1,42 еВ, тоді як у Al0,30Ga0,70As вона більша, зазвичай близько 1,8 еВ, залежно від параметрів сплаву. У гетеропереході загальна різниця ширини забороненої зони розподіляється між зміщеннями зон провідності та валентності:За кімнатної температури ширина забороненої зони GaAs становить близько 1,42 еВ, тоді як у Al0,30Ga0,70As вона більша, зазвичай близько 1,8 еВ, залежно від параметрів сплаву. У гетеропереході загальна різниця ширини забороненої зони розподіляється між зміщеннями зон провідності та валентності:

Тут зміщення, позначені символами, вказують на величину відповідних сходинок. Їхні числові значення визначаються моделлю матеріалу та припущеннями щодо вирівнювання зон, а не лише профілем легування. Під час подальшого аналізу змодельованих країв зон слід розрізняти різке зміщення, пов’язане з матеріалом, і плавне викривлення зон, спричинене просторовим зарядом.Тут зміщення, позначені символами, вказують на величину відповідних сходинок. Їхні числові значення визначаються моделлю матеріалу та припущеннями щодо вирівнювання зон, а не лише профілем легування. Під час подальшого аналізу змодельованих країв зон слід розрізняти різке зміщення, пов’язане з матеріалом, і плавне викривлення зон, спричинене просторовим зарядом.

4. Електричні параметри матеріалів, інтерфейси та рекомбінація.4. Електричні параметри матеріалів, інтерфейси та рекомбінація.

4.1 База даних матеріалів і Lua-моделі4.1 База даних матеріалів і Lua-моделі

Відкрийте редактор електричних параметрів для кожного шару. У цьому прикладі Inorganic/AlGaAs/AlGaAs.lua використовується для легованого матеріалу p-типу, а Inorganic/GaAs/GaAs.lua – для обох областей GaAs n-типу. Модель AlGaAs Lua (??) та її параметри (??) можна порівняти з моделлю GaAs (??) та її параметрами (??).Відкрийте редактор електричних параметрів для кожного шару. У цьому прикладі Inorganic/AlGaAs/AlGaAs.lua використовується для легованого матеріалу p-типу, а Inorganic/GaAs/GaAs.lua – для обох областей GaAs n-типу. Модель AlGaAs Lua (??) та її параметри (??) можна порівняти з моделлю GaAs (??) та її параметрами (??).

Моделювання налаштовано таким чином, щоб воно використовувало ключові параметри матеріалу — зокрема, ширину забороненої зони, спорідненість електронів, рухливість носіїв заряду, ефективну щільність станів і параметри рекомбінації — з бази даних матеріалів Lua, а не застосовувало локальні зміни. Це особливо важливо для AlGaAs, оскільки його параметри залежать від складу сплаву. Переглядайте значення, які відображаються на екрані та надаються моделлю, замість того, щоб інтерпретувати будь-які неактивні резервні значення у файлі проєкту як фактичні властивості матеріалу.Моделювання налаштовано таким чином, щоб воно використовувало ключові параметри матеріалу — зокрема, ширину забороненої зони, спорідненість електронів, рухливість носіїв заряду, ефективну щільність станів і параметри рекомбінації — з бази даних матеріалів Lua, а не застосовувало локальні зміни. Це особливо важливо для AlGaAs, оскільки його параметри залежать від складу сплаву. Переглядайте значення, які відображаються на екрані та надаються моделлю, замість того, щоб інтерпретувати будь-які неактивні резервні значення у файлі проєкту як фактичні властивості матеріалу.

4.2 Вирівнювання смуг і налаштування інтерфейсу4.2 Вирівнювання смуг і налаштування інтерфейсу

Відкрийте редактор інтерфейсів, зображений на ??. Цей приклад демонструє різкий перехід в інтерфейсі. У базовій моделі, що описує дрейф і дифузію, ін’єкція носіїв заряду залежить від розривів у зонах провідності та валентності, статистики носіїв і способу обробки меж інтерфейсу. Реальні зразки можуть додатково демонструвати інтерфейсні стани, дефекти в сплаві, термоелектронну емісію, тунелювання або дефекти, що виникають у процесі обробки; не слід вважати, що ці ефекти враховуються лише тому, що присутній гетероперехід.Відкрийте редактор інтерфейсів, зображений на ??. Цей приклад демонструє різкий перехід в інтерфейсі. У базовій моделі, що описує дрейф і дифузію, ін’єкція носіїв заряду залежить від розривів у зонах провідності та валентності, статистики носіїв і способу обробки меж інтерфейсу. Реальні зразки можуть додатково демонструвати інтерфейсні стани, дефекти в сплаві, термоелектронну емісію, тунелювання або дефекти, що виникають у процесі обробки; не слід вважати, що ці ефекти враховуються лише тому, що присутній гетероперехід.

4.3 Рекомбінація, що відбувається за участю випромінювання та дефектів.4.3 Рекомбінація, що відбувається за участю випромінювання та дефектів.

За вказаного складу GaAs та Al0.30Ga0.70As є матеріалами з прямою зоною провідності, тому при введенні носіїв заряду можлива рекомбінація з випромінюванням. Загальноприйнята модель:За вказаного складу GaAs та Al0.30Ga0.70As є матеріалами з прямою зоною провідності, тому при введенні носіїв заряду можлива рекомбінація з випромінюванням. Загальноприйнята модель:

де B — коефіцієнт, який залежить від матеріалу, а n і p — локальні концентрації вільних носіїв заряду. Задана конфігурація також забезпечує однорівневу рекомбінацію за механізмом Шоклі — Ріда — Холла (SRH) у трьох активних напівпровідникових областях. Ідеалізований вираз має такий вигляд:де B — коефіцієнт, який залежить від матеріалу, а n і p — локальні концентрації вільних носіїв заряду. Задана конфігурація також забезпечує однорівневу рекомбінацію за механізмом Шоклі — Ріда — Холла (SRH) у трьох активних напівпровідникових областях. Ідеалізований вираз має такий вигляд:

Метод SRH описує рекомбінацію, яка відбувається за участю пасток, і чутливий до параметрів цих пасток, які визначаються обраними моделями. У цьому прикладі процес Оже відключено. Не слід робити висновок про те, що один процес рекомбінації є домінуючим, не порівнявши його величину з іншими увімкненими процесами за однакових умов зміщення.Метод SRH описує рекомбінацію, яка відбувається за участю пасток, і чутливий до параметрів цих пасток, які визначаються обраними моделями. У цьому прикладі процес Оже відключено. Не слід робити висновок про те, що один процес рекомбінації є домінуючим, не порівнявши його величину з іншими увімкненими процесами за однакових умов зміщення.

Для анода та катода використовуються ідеалізовані граничні умови, що відповідають закону Ома. Це допомагає відокремити фізичні процеси, що відбуваються в гетеропереході, але не дозволяє передбачити поведінку конкретної схеми металізації або її контактний опір.Для анода та катода використовуються ідеалізовані граничні умови, що відповідають закону Ома. Це допомагає відокремити фізичні процеси, що відбуваються в гетеропереході, але не дозволяє передбачити поведінку конкретної схеми металізації або її контактний опір.

5. Запуск симуляції J–V у темному режимі.5. Запуск симуляції J–V у темному режимі.

Поверніться до головного вікна моделювання та натисніть кнопку «Запустити моделювання». У вхідному файлі вказано діапазон зміни напруги від −0,1 В до +2,5 В з кроком 0,025 В, без навмисного оптичного освітлення. OghmaNano розв’язує систему рівнянь Пуассона та рівняння неперервності для електронів і дірок у послідовних точках зміщення.Поверніться до головного вікна моделювання та натисніть кнопку «Запустити моделювання». У вхідному файлі вказано діапазон зміни напруги від −0,1 В до +2,5 В з кроком 0,025 В, без навмисного оптичного освітлення. OghmaNano розв’язує систему рівнянь Пуассона та рівняння неперервності для електронів і дірок у послідовних точках зміщення.

Під час обчислення перейдіть на вкладку «Термінал», щоб відстежувати хід розв’язання, а потім відкрийте розділ «Результати» після завершення. Відображення результатів (??) і термінал (??) ілюструють ці етапи. Знімки екрана термінала зроблені в різні моменти часу, а не при фіксованих електричних напругах.Під час обчислення перейдіть на вкладку «Термінал», щоб відстежувати хід розв’язання, а потім відкрийте розділ «Результати» після завершення. Відображення результатів (??) і термінал (??) ілюструють ці етапи. Знімки екрана термінала зроблені в різні моменти часу, а не при фіксованих електричних напругах.

Двічі клацніть jv.csv, щоб відкрити змодельовану криву залежності щільності струму від напруги (??). Характерна випрямляюча крива має демонструвати відносно слабкий струм при помірній зворотній напрузі та поступово збільшуваний прямий струм зі збільшенням інтенсивності ін’єкції. Для даного конкретного гетеропереходу початок формування та детальна форма залежать від різниці енергетичних зон, параметрів матеріалу та швидкості рекомбінації, а не лише від ширини забороненої зони GaAs.Двічі клацніть jv.csv, щоб відкрити змодельовану криву залежності щільності струму від напруги (??). Характерна випрямляюча крива має демонструвати відносно слабкий струм при помірній зворотній напрузі та поступово збільшуваний прямий струм зі збільшенням інтенсивності ін’єкції. Для даного конкретного гетеропереходу початок формування та детальна форма залежать від різниці енергетичних зон, параметрів матеріалу та швидкості рекомбінації, а не лише від ширини забороненої зони GaAs.

Вираз, що описує ідеальний діод, може бути корисним як інструмент для локальної інтерпретації:Вираз, що описує ідеальний діод, може бути корисним як інструмент для локальної інтерпретації:

Однак, значення ідеального коефіцієнта n або струму насичення J0 слід визначати лише на основі відповідного діапазону напруг. Послідовний опір, висока інтенсивність ін’єкції та транспорт через гетероперехід можуть призводити до відхилень від простої експоненціальної залежності. Наведений скріншот є лише ілюстративним прикладом, а не незалежним експериментальним підтвердженням.Однак, значення ідеального коефіцієнта n або струму насичення J0 слід визначати лише на основі відповідного діапазону напруг. Послідовний опір, висока інтенсивність ін’єкції та транспорт через гетероперехід можуть призводити до відхилень від простої експоненціальної залежності. Наведений скріншот є лише ілюстративним прикладом, а не незалежним експериментальним підтвердженням.

6. Аналіз знімків, отриманих під час моделювання: що відбувається всередині діода?6. Аналіз знімків, отриманих під час моделювання: що відбувається всередині діода?

OghmaNano зберігає просторово розділені електричні дані під час сканування за кривою J–V. Відкрийте переглядач знімків і використовуйте його повзунок, щоб порівняти вибрані положення зміщення. Чотири зображення в кожному рядку нижче відповідають початку, приблизно одній третині, приблизно двом третинам і кінцю збереженого сканування. Позначення 0–3 вказують на положення знімків екрана, а не на значення напруги у вольтах; використовуйте індикатор зміщення в переглядачі, щоб отримати точні значення для конкретного циклу.OghmaNano зберігає просторово розділені електричні дані під час сканування за кривою J–V. Відкрийте переглядач знімків і використовуйте його повзунок, щоб порівняти вибрані положення зміщення. Чотири зображення в кожному рядку нижче відповідають початку, приблизно одній третині, приблизно двом третинам і кінцю збереженого сканування. Позначення 0–3 вказують на положення знімків екрана, а не на значення напруги у вольтах; використовуйте індикатор зміщення в переглядачі, щоб отримати точні значення для конкретного циклу.

6.1 Зона провідності, валентна зона та квазірівень Фермі6.1 Зона провідності, валентна зона та квазірівень Фермі

Побудуйте графіки Ec.csv, Ev.csv, Fn.csv і Fp.csv разом. На першому скріншоті діаграми зон (??) показано межу зони провідності Ec і межу валентної зони Ev, що демонструє як плавний електростатичний потенціал, так і різку неперервність зон на межі матеріалів AlGaAs/GaAs. Квазірівні Фермі для електронів і дірок показують відхилення від рівноваги та розподіл ін’єктованих носіїв заряду.Побудуйте графіки Ec.csv, Ev.csv, Fn.csv і Fp.csv разом. На першому скріншоті діаграми зон (??) показано межу зони провідності Ec і межу валентної зони Ev, що демонструє як плавний електростатичний потенціал, так і різку неперервність зон на межі матеріалів AlGaAs/GaAs. Квазірівні Фермі для електронів і дірок показують відхилення від рівноваги та розподіл ін’єктованих носіїв заряду.

Порівняйте перше та останнє зображення. За умови прямого зміщення потенціальний бар’єр на межі змінюється, і рівні квазі-Фермі розходяться. Не слід приймати перепад на межі зони за числовий шум: справжня гетероструктура може мати розривні межі зон, навіть якщо електростатичний потенціал залишається неперервним.Порівняйте перше та останнє зображення. За умови прямого зміщення потенціальний бар’єр на межі змінюється, і рівні квазі-Фермі розходяться. Не слід приймати перепад на межі зони за числовий шум: справжня гетероструктура може мати розривні межі зон, навіть якщо електростатичний потенціал залишається неперервним.

6.2 Концентрація електронів і дірок6.2 Концентрація електронів і дірок

На цьому проєкті побудуйте графіки залежностей концентрації вільних електронів і вільних дірок, позначених як Q_nfree.csv і Q_pfree.csv. p-AlGaAs-шар є матеріалом з переважанням дірок, а GaAs-шар – матеріалом з переважанням електронів. Збільшення прямого зміщення призводить до ін’єкції меншості носіїв заряду через перехід і змінює просторовий розподіл носіїв. Як показують результати щодо концентрації носіїв (??), різка межа між матеріалами змінює доступні електронні стани та вирівнювання зон, тому профіль концентрації носіїв не обов’язково має бути схожим на профіль однорідного GaAs PN-переходу.На цьому проєкті побудуйте графіки залежностей концентрації вільних електронів і вільних дірок, позначених як Q_nfree.csv і Q_pfree.csv. p-AlGaAs-шар є матеріалом з переважанням дірок, а GaAs-шар – матеріалом з переважанням електронів. Збільшення прямого зміщення призводить до ін’єкції меншості носіїв заряду через перехід і змінює просторовий розподіл носіїв. Як показують результати щодо концентрації носіїв (??), різка межа між матеріалами змінює доступні електронні стани та вирівнювання зон, тому профіль концентрації носіїв не обов’язково має бути схожим на профіль однорідного GaAs PN-переходу.

6.3 Електронні та діркові струми6.3 Електронні та діркові струми

Побудуйте графіки Jn.csv і Jp.csv, щоб відокремити внески електронів і дірок у загальний струм. У стаціонарному стані ці дві складові можуть перерозподілятися залежно від положення, оскільки електрони та дірки рекомбінують, при цьому сума знакових щільностей електричного струму повинна залишатися приблизно незмінною за відсутності додаткових джерел струму. Локальні піки або швидкі зміни поблизу гетеропереходу на графіках струму носіїв заряду (??) слід перевіряти на відповідність сітці та діаграмі зон.Побудуйте графіки Jn.csv і Jp.csv, щоб відокремити внески електронів і дірок у загальний струм. У стаціонарному стані ці дві складові можуть перерозподілятися залежно від положення, оскільки електрони та дірки рекомбінують, при цьому сума знакових щільностей електричного струму повинна залишатися приблизно незмінною за відсутності додаткових джерел струму. Локальні піки або швидкі зміни поблизу гетеропереходу на графіках струму носіїв заряду (??) слід перевіряти на відповідність сітці та діаграмі зон.

Невеликі ділянки з низьким струмом можуть бути чутливими до числових похибок. Оцінюйте загальну тенденцію та безперервність струму, а не намагайтеся пояснювати кожну невелику коливацію конкретним фізичним механізмом переносу. Якщо ви помічаєте значні відхилення, уточніть сітку та перевірте збіжність розв’язувача, перш ніж робити висновки.Невеликі ділянки з низьким струмом можуть бути чутливими до числових похибок. Оцінюйте загальну тенденцію та безперервність струму, а не намагайтеся пояснювати кожну невелику коливацію конкретним фізичним механізмом переносу. Якщо ви помічаєте значні відхилення, уточніть сітку та перевірте збіжність розв’язувача, перш ніж робити висновки.

6.4 Рекомбінація, що відбувається за рахунок випромінювання та за допомогою механізму Шоклі-Квейзера-Ганшхолма (SRH).6.4 Рекомбінація, що відбувається за рахунок випромінювання та за допомогою механізму Шоклі-Квейзера-Ганшхолма (SRH).

Дослідіть R_nfree_to_pfree.csv (радіативна рекомбінація вільних носіїв) і R_ss_srh.csv (однорівнева рекомбінація за механізмом Шоклі-Рід-Холла). На знімках екрана, що відображають рекомбінацію (??), ці канали відображаються разом. За умов ін’єкції абсолютна швидкість рекомбінації може значно зростати; її місцезнаходження визначається перекриттям вільних носіїв, властивостями матеріалу та обраними параметрами пасток.Дослідіть R_nfree_to_pfree.csv (радіативна рекомбінація вільних носіїв) і R_ss_srh.csv (однорівнева рекомбінація за механізмом Шоклі-Рід-Холла). На знімках екрана, що відображають рекомбінацію (??), ці канали відображаються разом. За умов ін’єкції абсолютна швидкість рекомбінації може значно зростати; її місцезнаходження визначається перекриттям вільних носіїв, властивостями матеріалу та обраними параметрами пасток.

Зверніть особливу увагу на характеристики на межі p-AlGaAs/n-GaAs. Локальна особливість може мати фізичне значення, але лише її величина сама по собі не доводить наявність пасток на межі: у цьому дослідженні використовуються моделі об’ємних матеріалів і налаштовані параметри SRH. Порівняйте інтегрований внесок і просторовий розподіл обох процесів, перш ніж визначати домінуючий механізм втрат.Зверніть особливу увагу на характеристики на межі p-AlGaAs/n-GaAs. Локальна особливість може мати фізичне значення, але лише її величина сама по собі не доводить наявність пасток на межі: у цьому дослідженні використовуються моделі об’ємних матеріалів і налаштовані параметри SRH. Порівняйте інтегрований внесок і просторовий розподіл обох процесів, перш ніж визначати домінуючий механізм втрат.

6.5 Профілі швидкості руху електронів і дірок.6.5 Профілі швидкості руху електронів і дірок.

Окремі результати R_n.csv і R_p.csv показують баланс швидкостей, пов’язаний з електронами та дірками, який використовується в моделюванні. Ці графіки (??) дають змогу додатково перевірити, де носії заряду видаляються або перерозподіляються під час сканування. Інтерпретуйте знаки та відображені компоненти відповідно до заголовків даних, а не припускайте, що всі криві відображають єдину позитивну швидкість рекомбінації.Окремі результати R_n.csv і R_p.csv показують баланс швидкостей, пов’язаний з електронами та дірками, який використовується в моделюванні. Ці графіки (??) дають змогу додатково перевірити, де носії заряду видаляються або перерозподіляються під час сканування. Інтерпретуйте знаки та відображені компоненти відповідно до заголовків даних, а не припускайте, що всі криві відображають єдину позитивну швидкість рекомбінації.

6.6 Рухливість носіїв заряду6.6 Рухливість носіїв заряду

Результат моделювання рухливості дозволяє аналізувати параметри транспортування в залежності від положення. Очікується, що на межі між матеріалами будуть спостерігатися зміни, оскільки моделі AlGaAs і GaAs не обов’язково повинні давати однакові значення рухливості. На прикладі скріншота моделювання рухливості (??) показано одне з збережених положень візуалізації; це не є доказом існування певного ефекту рухливості, що залежить від поля.Результат моделювання рухливості дозволяє аналізувати параметри транспортування в залежності від положення. Очікується, що на межі між матеріалами будуть спостерігатися зміни, оскільки моделі AlGaAs і GaAs не обов’язково повинні давати однакові значення рухливості. На прикладі скріншота моделювання рухливості (??) показано одне з збережених положень візуалізації; це не є доказом існування певного ефекту рухливості, що залежить від поля.

7. Вправи: встановлення зв’язку між зміщеннями смуг провідності та поведінкою діода.7. Вправи: встановлення зв’язку між зміщеннями смуг провідності та поведінкою діода.

8. Припущення та обмеження наведеного прикладу8. Припущення та обмеження наведеного прикладу

Це ідеалізований приклад для навчальних цілей, що стосується одновимірної моделі. Товщина напівпровідникових шарів і концентрація домішок є правдоподібними для епітаксійної структури III–V, але сам по собі цей приклад не гарантує створення продукту, який можна було б виготовляти або оптимізувати за характеристиками. Обчислення базуються на припущенні про ідеалізовані омічні контакти, однорідну структуру в поперечному перерізі, різкий перехід між матеріалами та фізику транспортування/рекомбінації, що визначається обраними моделями.Це ідеалізований приклад для навчальних цілей, що стосується одновимірної моделі. Товщина напівпровідникових шарів і концентрація домішок є правдоподібними для епітаксійної структури III–V, але сам по собі цей приклад не гарантує створення продукту, який можна було б виготовляти або оптимізувати за характеристиками. Обчислення базуються на припущенні про ідеалізовані омічні контакти, однорідну структуру в поперечному перерізі, різкий перехід між матеріалами та фізику транспортування/рекомбінації, що визначається обраними моделями.

У реальних пристроях на межі між AlGaAs і GaAs можуть виникати додаткові фізичні процеси, пов’язані з переносом заряду; практичні контакти, дефекти, поверхнева рекомбінація, дефекти в сплаві, самонагрівання та вплив підкладки також можуть змінювати вимірювані характеристики. У цьому випадку процес Оже рекомбінації вимкнено, і моделювання являє собою електричне сканування в темряві, а не калібровану модель світлодіода, фотодіода або прогнозування ефективності сонячної батареї. Для кількісної перевірки необхідні експериментальні дані та незалежно перевірені параметри матеріалів.У реальних пристроях на межі між AlGaAs і GaAs можуть виникати додаткові фізичні процеси, пов’язані з переносом заряду; практичні контакти, дефекти, поверхнева рекомбінація, дефекти в сплаві, самонагрівання та вплив підкладки також можуть змінювати вимірювані характеристики. У цьому випадку процес Оже рекомбінації вимкнено, і моделювання являє собою електричне сканування в темряві, а не калібровану модель світлодіода, фотодіода або прогнозування ефективності сонячної батареї. Для кількісної перевірки необхідні експериментальні дані та незалежно перевірені параметри матеріалів.

9. Наступні кроки9. Наступні кроки

Після відтворення кривої J–V і визначення положення гетеропереходу на діаграмі зон, наступним найбільш інформативним обчисленням є контрольоване порівняння складу сплаву: змінюйте вміст алюмінію, зберігаючи незмінними рівень легування та товщину, і відстежуйте зміни в енергетичному рівні зони провідності, енергетичному рівні валентної зони та струмі при прямому зміщенні. Результати обчислень для гомопереходу GaAs можуть слугувати корисною відправною точкою.Після відтворення кривої J–V і визначення положення гетеропереходу на діаграмі зон, наступним найбільш інформативним обчисленням є контрольоване порівняння складу сплаву: змінюйте вміст алюмінію, зберігаючи незмінними рівень легування та товщину, і відстежуйте зміни в енергетичному рівні зони провідності, енергетичному рівні валентної зони та струмі при прямому зміщенні. Результати обчислень для гомопереходу GaAs можуть слугувати корисною відправною точкою.

Для отримання більш детальної інформації про те, як OghmaNano зберігає конфігурацію пристрою та параметри матеріальної моделі, див. документацію щодо розширеного формату файлів Oghma.Для отримання більш детальної інформації про те, як OghmaNano зберігає конфігурацію пристрою та параметри матеріальної моделі, див. документацію щодо розширеного формату файлів Oghma.