Dinámica de portadores de carga fotoinducidos y efecto fototérmico en semiconductores de brecha estrecha y moderadamente dopados iluminados por pulsos
Autores: Galovic, Slobodanka; Djordjevic, Katarina; Dragas, Milica; Milicevic, Dejan; Suljovrujic, Edin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Dinámica de portadores de carga fotoinducidos y efecto fototérmico en semiconductores de brecha estrecha y moderadamente dopados iluminados por pulsos
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Semiconductor
Portadores de carga
Brecha de energía
Recombinación
Difusión
Fotoexcitado
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Cuando una muestra de material semiconductor es iluminada por luz monocromática, en la que la energía del fotón es mayor que la brecha de energía del semiconductor, parte de la energía electromagnética absorbida se gasta en la generación de pares de portadores de carga cuasi libres que están unidos por atracción de Coulomb. Los pares foto-generados se difunden a través del material en su conjunto de acuerdo con los gradientes de densidad establecidos, llevando parte de la energía de excitación y carga a través de la muestra semiconductora. Esta energía se transforma indirectamente en calor, donde el electrón cargado negativamente en exceso se recombinan con un hueco cargado positivamente y causan un calentamiento local adicional de la red. La dinámica del portador de carga fotoexcitado se describe por una ecuación diferencial parcial no lineal de difusión ambipolar. En semiconductores moderadamente dopados con una baja inyección de portadores de carga, el transporte ambipolar puede reducirse a la ecuación diferencial parabólica lineal para el transporte de portadores minoritarios. En este documento, calculamos la función espectral de la distribución de portadores de carga fotoinducida basada en una aproximación de inyección de bajo nivel. Utilizando la distribución calculada y la transformada inversa de Laplace, se estudiaron las dinámicas de las fuentes de calor fotoinducidas por recombinación en las superficies de muestras semiconductores para excitaciones ópticas de pulso de duraciones muy cortas y muy largas. Se demostró que los portadores de carga fotoexcitados afectan el calentamiento del semiconductor dependiendo de la duración del pulso, la velocidad de recombinación en la superficie, la vida útil de los portadores de carga y su coeficiente de difusión.
Descripción
Cuando una muestra de material semiconductor es iluminada por luz monocromática, en la que la energía del fotón es mayor que la brecha de energía del semiconductor, parte de la energía electromagnética absorbida se gasta en la generación de pares de portadores de carga cuasi libres que están unidos por atracción de Coulomb. Los pares foto-generados se difunden a través del material en su conjunto de acuerdo con los gradientes de densidad establecidos, llevando parte de la energía de excitación y carga a través de la muestra semiconductora. Esta energía se transforma indirectamente en calor, donde el electrón cargado negativamente en exceso se recombinan con un hueco cargado positivamente y causan un calentamiento local adicional de la red. La dinámica del portador de carga fotoexcitado se describe por una ecuación diferencial parcial no lineal de difusión ambipolar. En semiconductores moderadamente dopados con una baja inyección de portadores de carga, el transporte ambipolar puede reducirse a la ecuación diferencial parabólica lineal para el transporte de portadores minoritarios. En este documento, calculamos la función espectral de la distribución de portadores de carga fotoinducida basada en una aproximación de inyección de bajo nivel. Utilizando la distribución calculada y la transformada inversa de Laplace, se estudiaron las dinámicas de las fuentes de calor fotoinducidas por recombinación en las superficies de muestras semiconductores para excitaciones ópticas de pulso de duraciones muy cortas y muy largas. Se demostró que los portadores de carga fotoexcitados afectan el calentamiento del semiconductor dependiendo de la duración del pulso, la velocidad de recombinación en la superficie, la vida útil de los portadores de carga y su coeficiente de difusión.