光生电荷产生范围很宽且可调,[4] 而且载流子迁移率高,扩散长度可达几微米。[5–7] 在任何光收集装置中,合适的接触对于有效收集光生电荷并将其输送到外部电路都至关重要。接触负责提供内在不对称性,以产生提取光生载流子的驱动力;[8] 这种内在不对称性可以通过动力学选择性(扩散控制)或电极之间的能量失配(漂移控制)来建立。一般的薄膜太阳能电池由活性层、夹在空穴提取阳极接触和电子提取阴极接触之间组成。在光照下,活性层内产生的电荷载流子将漂移扩散到接触处,并通过内在不对称性被提取,从而产生净光电流。有机太阳能电池的特点是载流子迁移率低、扩散长度短,因此需要在活性层上建立强大的内建电场以提高电荷提取率并避免复合。[9–11] 该电场由内建电位V bi (或接触电位) 引起,该电位源于阳极和阴极之间的功函数差异,由于有机半导体的介电常数相对较低,因此基本上不受屏蔽。相反,在钙钛矿太阳能电池中,载流子扩散长度为几微米,在没有电场的情况下,光生电荷应该能够毫不费力地穿过 200–500 纳米的活性层而不会复合。因此,只要能确保接触处的动力学选择性[12],电荷收集预计将由扩散控制[8,13],人们正在沿着这个思路达成共识。通过在电极和活性层之间采用单独的电荷传输层 (CTL) 来实现动力学选择性,从而形成 n–i–p 或 p–i–n 型器件架构,其中阳极处为空穴传输层 (HTL,p 层),阴极处为电子传输层 (ETL,n 层)。在理想情况下,这些层能够传导多数载流子,同时防止少数载流子的提取,从而为扩散驱动的电荷收集创建优先方向。在这种电荷提取要求的框架内,对于内置电位的确切作用以及负责电荷提取的驱动力的确切性质仍然存在一些猜测。
过去几十年来,有机半导体 (OSC) 因与传统有机半导体相比具有机械灵活性、低潜在制造成本和合成可调性等独特优势,在下一代印刷电子设备中备受关注。1 – 3 这些材料可广泛应用于有机光伏 (OPV)、4 – 6 有机场效应晶体管 (OFET) 7,8 到有机发光二极管 (OLED) 等等。9 为了充分发挥这些技术的潜力,人们付出了大量的努力来调整 OSC 的特性,包括其吸光能力和载流子传输,主要通过设计和合成新型半导体化合物。根据其传输的载流子类型,OSC 可分为 p 型(多数空穴传输)和 n 型(多数电子传输)材料。从历史上看,n 型 OSC 的发展在载流子迁移率和合成可扩展性方面明显落后于 p 型 OSC,因此,
2 桑迪亚国家实验室,美国新墨西哥州阿尔伯克基 87185 3 加利福尼亚大学机械工程系,加利福尼亚州圣巴巴拉 93106,美国 a) 通讯作者:aatalin@sandia.gov 了解和控制电荷载流子与埋藏绝缘体/半导体界面缺陷的相互作用对于实现现代电子产品的最佳性能至关重要。在这里,我们报告了使用扫描超快电子显微镜 (SUEM) 远程探测埋藏在厚热氧化物之下的 Si 表面的激发载流子的动力学。我们的测量结果展示了一种新颖的 SUEM 对比机制,即半导体中空间电荷场的光学调制会调制厚氧化物中的电场,从而影响其二次电子产量。通过分析 SUEM 对比与时间和激光能量密度的关系,我们证明了界面陷阱通过扩散介导捕获激发载流子。
敏感节点对之间的电荷共享。当入射离子撞击敏感晶体管(例如节点 mn2 中的 PMOS 晶体管)时,一列电子-空穴对会沿入射轨道电离。电离载流子扩散到相邻的晶体管,导致相邻敏感节点之间的电荷收集,如图 3 所示。对于传统的 DICE 触发器,敏感节点对将收集足够的电荷并导致 SEU。对于所提出的 MSIFF,增加的节点间距可有效减少由于复合过程引起的扩散收集。此外,从属锁存器的插入组件也有助于收集额外的载流子 [19]。它将显著降低电离载流子密度并阻止扩散收集过程。因此,敏感节点对不会同时收集足够的电荷,并且所提出的 MSIFF 中不会发生 SEU。
金红石二氧化锗 (r-GeO 2 ) 是最近预测的一种超宽带隙半导体,在高功率电子器件中具有潜在的应用,其中载流子迁移率是控制器件效率的重要材料参数。我们应用基于密度泛函和密度泛函微扰理论的第一性原理计算来研究 r-GeO 2 中的载流子-声子耦合,并预测其声子限制的电子和空穴迁移率随温度和晶体取向的变化。计算出的 300 K 下的载流子迁移率为 l elec ; ? ~ c = 244 cm 2 V 1 s 1 ,l elec ; k ~ c = 377 cm 2 V 1 s 1 ,l hole ; ? ~ c = 27 cm 2 V 1 s 1 ,和 l hole ; k ~ c = 29 cm 2 V 1 s 1 。室温下,载流子散射以低频极性光学声子模式为主。n 型 r-GeO 2 的预测 Baliga 性能系数超过了 Si、SiC、GaN 和 b -Ga 2 O 3 等几种现有半导体,证明了其在高功率电子设备中的卓越性能。
摘要:二维 (2D) 卤化物钙钛矿表现出独特的发射特性,使其成为下一代发光器件的潜在候选者。在这里,我们结合非绝热分子动力学和时域密度泛函理论来研究载流子复合过程的基本机制。考虑具有不同有机间隔分子、正丁基铵 (BA) 和苯乙铵 (PEA) 阳离子的单层溴化物钙钛矿,我们发现这些材料中温度引起的结构波动与非辐射载流子复合率之间存在很强的相关性。与 (PEA) 2 PbBr 4 相比,(BA) 2 PbBr 4 的几何形状更灵活,导致电子 - 空穴复合更快,载流子寿命更短,从而降低了较软 2D 钙钛矿的光致发光量子产率。相对刚性 (PEA) 2 PbBr 4 中结构波动的减少不仅表明载流子寿命更长,而且表明发射线宽度更窄,这意味着发射光的纯度更高。我们对 2D 钙钛矿中激发态特性的从头算建模传达了材料设计策略,以微调固态照明应用的钙钛矿发射。
摘要 高载流子迁移率和均匀的器件性能对于有机场效应晶体管 (OFET) 的器件和集成电路应用至关重要。然而,仍然需要实现高器件性能且批次间差异较小的策略。本文,我们报告了一种在 N,N'-双十三烷基苝-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺 (PTCDI-C 13 ) 模板上生长的 2,8-二氟-5,11-双(三乙基硅基乙炔基)蒽二噻吩 (dif-TES-ADT) 薄液晶膜,并通过原子力显微镜和偏振荧光显微镜进行了确认。具有大结晶域的液晶膜可进一步用作 OFET 的载流子传输通道。结果,我们实现了高性能 OFET,饱和载流子迁移率为 1.62 ± 0.26 cm 2 V −1 s −1