Electron and proton irradiation effect on the minority carrier lifetime in SiC passivated p-doped Ge wafers for space photovoltaics
本文报道了电子和质子辐照对p型Ge晶片有效少数载流子寿命（$τ_{eff}$）的影响。使用微波检测光电导衰减（$μ$ W-PCD）方法评估少数载流子寿命。我们研究的依赖性$τ_{eff}$的p型掺杂水平和电子和质子的辐射通量在1兆电子伏。测量辐照前后的$τ_{eff}$用于估计少数载流子扩散长度，这是太阳能电池操作的重要参数。我们观察到$τ_{eff}$的范围从50到230 $μ$的Ge掺杂水平之间的1 E17和1 E16 at.cm $^{-3}$，对应于500-1400 $μ$ m的扩散长度。通过对不同厚度的Ge寿命样品进行辐照，分离了$τ_{eff}$在Ge体寿命和表面复合速度方面的差异。在文献的基础上讨论了可能的辐射诱导缺陷。
2020-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Photon assisted Levy flights of minority carriers in n-InP
我们研究了n掺杂InP体晶片的光致发光光谱，无论是在相对于激发光的反射和透射几何。从所观察到的光谱，我们估计的空间分布的少数载流子允许由于在晶片中的发光的再吸收的光谱过滤。该分布明确地表明了随着距激发区域的距离的非指数下降。这种行为证明了由于发射的高量子效率而增强的少数载流子的异常光子辅助输运。它表明，运输符合非常好的所谓的利维飞行过程对应于一个特殊的随机游走，不减少扩散。发现Levy航班分布的指数γ在γ = 0.64至0.79的范围内，这取决于掺杂。因此，我们提出了高效率的直接带隙半导体作为一个显着的实验室系统，研究反常输运。
2011-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Minority carrier diffusion lengths and mobilities in low-doped n-InGaAs for focal plane array applications
在n-InGaAs中的空穴扩散长度被提取为两个样品的不同掺杂浓度使用一组长而薄的扩散结二极管由不同的距离上的顺序的扩散长度分离。描述了方法，包括随后的分析，其在室温下对于5 - 9 x 10^15 cm-3范围内的掺杂浓度产生70 - 85 um之间的扩散长度。该分析还提供了洞察少数载流子迁移率，这是一个参数不常见的文献报道。对于上述掺杂范围，报道了大约500 - 750 cm 2/Vs的空穴迁移率，其与p-InGaAs中相同掺杂量的大多数空穴迁移率相比是相当的，尽管更长。对于厚度为2.7 μ m的InGaAs，从随后的分析中还提取出辐射复合系数为（0.5-0.2）x10^-10 cm^-3s^-1。初步证据也给出了重和轻空穴扩散。暗电流的InP/InGaAs p-i-n光电探测器与25和15 μ m的间距，然后校准到设备模拟和相关的提取的扩散长度和掺杂浓度。有效的Shockley-Read-Hall寿命在90-200 μ s之间，提供了对这些结构的暗电流的最佳拟合。
2017-07-25 cond-mat.mtrl-sci
GaN / VO2 heteroepitaxial p-n junctions: Band offset and minority carrier dynamics
我们报告的实验实现的p-n异质结的基础上p型GAN，和n型相关氧化物，VO 2。通过在不同温度下的电流-电压和电容-电压测量来评估带偏移。提出了一个基于传统能带弯曲图的能带图来解释从电学测量得到的表观barier高度的演变，它表明VO 2的功函数在经历绝缘体到金属的转变时降低了~0.2 eV，与文献中报道的Kelvin力显微镜测量结果定性一致。频率相关的电容测量允许我们区分miniority载流子效应的界面状态和串联电阻的贡献，并估计在绝缘相的VO 2的少数载流子寿命为几微秒的顺序。氮氧化物基p-n异质结提供了一个新的维度
2013-06-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Temperature controlled Lévy flights of minority carriers in photoexcited bulk n-InP
本文研究了在300 ~ 78 K温度范围内，n-InP平板边缘受光激发时，由反常光助扩散引起的少数载流子的空间分布。该实验提供了一个实现的“Lévy飞行”的随机行走的孔，其中的Lévy分布指数γ是由温度控制。结果表明，γ（T）的变化接近于先前基于准平衡（van Roosbroek-Shockley）本征发射光谱的理论预测，γ=1-Δ/kT，其中Δ（T）是吸收光谱的Urbach拖尾参数。在较低温度下γ的减小导致空穴扩散的巨大增强-在距离光激发区域超过1 cm的距离上。
2013-02-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Weyl-fermions, Fermi-arcs, and minority-spin carriers in ferromagnetic CoS2
黄铁矿化合物CoS2由于其巡游铁磁性和半金属性的潜力而在过去得到了深入的研究，这使其成为一种有前途的自旋电子学应用材料。然而，它的电子结构仍然知之甚少。在这里，我们使用互补的体和表面敏感的角分辨光电子能谱学和从头计算，以提供一个完整的图片，其能带结构。我们发现外尔锥在费米能级，这提出了CoS2在一个新的光作为一个罕见的成员最近发现的磁性拓扑金属类。我们直接观察到连接Weyl节点的拓扑费米弧表面态，这将通过修改其在界面处的自旋极化来影响CoS2作为自旋注入器的性能。此外，我们首次能够直接观察到布里渊区角落处的少数自旋体电子口袋，这证明CoS2不是真正的半金属。除了解决关于CoS2中半金属性的长期争论之外，我们的研究结果还提供了一个很好的例子，说明磁性材料的拓扑结构如何影响它们在自旋电子学应用中的使用。
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of Carrier Mobility in Semiconductor Nanostructures by Dielectric Engineering
我们提出了一种技术，通过修改它们的介电环境来实现在2维和1维半导体纳米结构中的载流子迁移率的大幅改善。我们表明，通过涂覆高- $κ$的纳米结构，从库仑杂质的散射可以强烈阻尼。虽然屏蔽也被削弱，但库仑散射的阻尼要大得多，并且由此产生的载流子迁移率的改善对于薄的2D半导体膜可以是一个数量级，并且对于半导体纳米线更多。
2007-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-Two Dimensional Diluted Magnetic Semiconductors with Arbitrary Carrier Degeneracy
在广义平均场论的框架下，定义了二维稀磁半导体铁磁态产生的条件和铁磁态的特征。假定磁性杂质的RKKY相互作用。考虑了它们的空间无序排列和载流子简并度的温度变化。
2006-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Carrier mobility modeling in highly inhomogeneous semiconductors
采用蒙特卡罗方法对大尺度不同形状和取向缺陷对载流子散射的影响进行了理论分析，并与实验测量结果进行了比较。结果表明，大尺度缺陷是如何屏蔽与自由载流子的相互作用的。量子和经典的传输制度进行了比较。
2015-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Nature of Charge Carriers in Disordered Organic Molecular Semiconductors
无序有机分子半导体中的载流子输运是现代凝聚态物理中一个令人着迷的尚未解决的问题，同时对它们在“塑料”基场效应晶体管、发光二极管和激光器中的应用有着极其重要的意义。在这个问题上最有争议的问题是载流子的性质，即它们是裸电子还是修饰电子，称为极化子。本文首次用简单的实验证明了在无序分子半导体中，静态无序运动的极化子是载流子输运的主要原因。
2003-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Muon probes of temperature-dependent charge carrier kinetics in semiconductors
我们已经应用了光激发μ子自旋光谱技术（光- $μ$ SR）的本征锗的目标是开发一种新的方法来表征在广泛的半导体过剩载流子动力学。μ子自旋弛豫速率可以是过剩载流子密度的唯一度量，并用于研究载流子动力学。所得到的载流子寿命谱可以用一个简单的扩散方程来模拟，以确定体复合寿命和载流子迁移率。对这些参数随温度变化的研究可以揭示复合和扩散机制。
2019-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Carrier Multiplication-Induced Structural Change during Ultrafast Carrier Relaxation and Non-Thermal Phase Transition in Semiconductors
载流子倍增作为飞秒时间尺度上改变纳米结构中激子布居数的重要物理过程被广泛研究，但尚未被认真考虑作为相变的主要机制。Ge2Sb2Te5的实时含时密度泛函理论研究表明，尽管晶格温度较低，载流子倍增仍能在固态下引起超快相变.结果也统一了其他半导体的实验结果，其解释仍然是30岁的现象学等离子体退火模型。
2016-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of bulk and surface properties for steady-state measurements of minority carrier lifetimes
少数载流子寿命的测量是半导体材料表征领域中的有力工具，因为它对电活性缺陷非常敏感。此外，它适用于各种样品，如锭或晶片。在这项工作中，系统的理论分析的稳态方法。它示出了如何测得的寿命与固有的体寿命对于一个给定的材料质量，样品厚度，和表面钝化。这使得通过将它们从表面效应中分离出来，可以在实验上获得体特性。特别是，封闭的解析解的最重要的情况下，如钝化和未钝化的晶圆和块。基于这些结果，给出了一个临界样品厚度的标准，超过该标准，寿命测量允许推导出给定表面复合的体性质。这些结果是特别感兴趣的半导体材料诊断，特别是光伏应用，但不限于这一领域。
2011-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Carrier statistics and quantum capacitance effects on mobility extraction in two-dimensional crystal semiconductor field-effect transistors
在这项工作中，过渡金属二硫属化物二维半导体器件的载流子统计和量子电容的高带边态密度的后果进行了探讨。这项研究的有效性的常用表达式提取载流子密度和场效应迁移率的晶体管与这种沟道材料的传输特性的问题。通过与实验数据的比较，提出了一种精确提取载流子密度和迁移率的新方法。因此，这项工作突出了这些材料与传统半导体之间的根本区别，在未来的实验测量中必须考虑到这一点。
2015-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Minority Carrier Lifetime on the Performance of Strained Ge Light Sources
我们从理论上研究了缺陷限制载流子寿命对锗（Ge）光源（特别是LED和激光器）性能的影响。对于锗LED，我们表明，提高材料质量可以提供更大的增强比技术，如拉伸应变，提高锗光发射的领先方法。即使对于如此严重应变以致于其变成直接带隙半导体的Ge，典型外延Ge的~1 ns缺陷限制的载流子寿命也将LED内部量子效率限制为小于10%。相反，如果外延Ge载流子寿命可以增加到其体值，内部量子效率超过90%成为可能。对于锗激光器，我们表明，缺陷限制寿命变得越来越重要的拉伸应变的介绍，这种缺陷限制寿命必须得到改善，如果应变的全部好处是要实现的。相反，我们表明，提高材料质量取代了大部分的实用程序的n型掺杂锗激光器。
2015-06-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Highly conductive charge transport layers impair charge extraction selectivity in thin-film solar cells
电荷选择性中间层在薄膜光致发光器件如有机太阳能电池和过氧化物太阳能电池中是至关重要的。电荷传输层（掺杂的和未掺杂的）可能构成了最重要的一类电荷选择性夹层;然而，尚不清楚应该如何设计电荷传输层以确保有效提取多数载流子同时阻挡少数载流子。这项工作阐明了如何以及电荷传输层与不同的多数载流子电导率块少数载流子。我们使用的电荷提取的线性增加电压的技术，以确定少数载流子的表面复合速度在模型系统中的设备与不同的多数载流子的导电性在传输层。我们的研究结果表明，具有高电导率的多数载流子的传输层不阻止少数载流子-至少在接近或高于内置电压的工作电压下，由于跨传输层-吸收层界面的直接双分子复合。我们进一步讨论并提出设计原则，以实现选择性的电荷提取薄膜太阳能电池使用电荷传输层。
2022-01-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Highly spin-polarized carriers and strong ferromagnetism in doped perovskite antiferromagnetic semiconductors
本研究通过第一性原理模拟证实，对CaTcO₃和NaOsO₃等室温钙钛矿反铁磁半导体进行载流子掺杂可获得高自旋极化特性与强铁磁性，为自旋电子器件提供了新的候选材料体系。
2023-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Spin-subband populations and spin polarization of quasi two-dimensional carriers under in-plane magnetic field
在面内磁场作用下，准二维载流子的态密度在定性和定量上都偏离了常规的阶梯状分布。这是第一次，我们研究了如何影响自旋子带人口和自旋极化的函数的温度，T，和面内磁场，B，窄到宽的稀磁半导体量子阱。我们研究了广泛的材料和结构参数，侧重于量子阱的宽度，自旋-自旋交换相互作用的大小，和片载流子浓度。一般来说，增加T，载流子自旋分裂U减小，增强少数自旋载流子的影响。增加B，U增加，并且相应地载流子填充多数自旋子带，而它们放弃少数自旋子带。此外，与状态密度修改一致，所有能量较高的子带逐渐减少。我们还指出了系统完全自旋极化的范围。
2007-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium Carrier Dynamics in Transition Metal Dichalcogenide Semiconductors
当探索新材料在（光）电子器件应用中的潜力时，重要的是要了解各种载流子相互作用和散射过程的作用。过渡金属二硫属化物（TMD）半导体的研究最近取得了进展，实现了工作设备，其中包括发光二极管，纳米腔激光器和单光子发射器。在这些二维原子薄的半导体中，库仑相互作用比传统半导体（如GaAs）的量子阱强得多，这可以通过激子结合能大50倍来证明。问题是，这是否直接转化为激发载流子的等效更快的载流子-载流子库仑散射。在这里，我们表明，结合从头算能带结构和多体理论预测载流子弛豫在50 fs的时间尺度上，这是小于一个数量级的速度比量子阱。这些散射时间与最近报道的亚ps激子复合时间竞争，从而使其更难实现粒子数反转和激光。
2016-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Levy Flight of Photoexcited Minority Carriers in Moderately Doped Semiconductors: Theory and Observation
半导体中由光激发产生的少数载流子的空间扩展通常由扩散方程很好地描述。经典的扩散过程可以看作是粒子随机行走的结果，其中每一步都具有相同的概率分布，具有有限的二阶矩。这允许在许多步骤之后将中心极限定理应用于粒子分布的计算。然而，在适度掺杂的直接带隙半导体中，光子再循环过程可以从根本上改变空间扩散。对于这个过程，随机游走的步骤是由辐射复合中产生的光子的再吸收长度定义的。阶跃分布具有渐近幂律下降。这种分布的力矩发散，位移由罕见但大的步骤控制。这种随机游动称为利维飞行。它对应于一个巨大的空间传播和修改（“超扩散”）的时间演变。在这里，我们讨论的第一个直接观察的空穴分布在n型掺杂的InP样品的距离为厘米的顺序和两个以上的数量级的空穴浓度。研究了发光光谱和强度作为一个相当不寻常的几何形状（均匀激发的晶片边缘和观察的发光光谱从宽边）的距离的函数。强度与少数载流子浓度成正比，并表现出缓慢的幂律下降，光谱形状没有变化。这个幂律给出了Levy-flight输运的直接证据。它使我们能够评估的指数的分布，少数载流子传播的特征距离和光子循环因子。计算结果与理论分析相吻合。
2012-12-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Electron-Electron Relaxation Effect on Auger Recombination in Direct Band Semiconductors
研究了电子-电子弛豫过程对直接带半导体俄歇复合率的影响。载流子-载流子和载流子-声子弛豫过程之间的比较。结果表明，当载流子自由程长度不超过某一临界值时，弛豫过程是必不可少的，该临界值随温度呈指数增长。为了说明所获得的结果，使用典型的InGaAsP化合物。
2001-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Magnon-bipolar carrier drag thermopower in antiferromagnetic/ferromagnetic semiconductors: theoretical formulation and experimental evidence
量子化自旋波称为磁振子，是一种玻色子准粒子，可以通过sd交换相互作用拖动电子或空穴，并使热电势超过传统的扩散热电势。在铁磁和反铁磁金属和简并半导体中都观察到了P型磁振子拖曳热电势。然而，对于本征或n型磁性半导体，这方面的报道较少;因此，磁振子双极载流子阻力对热电势的影响仍未被探索。本文基于磁振子-载流子相互作用寿命，推导了磁振子-双极载流子拖曳热电势的理论模型。该模型预测，双极载流子拖曳热电势成为独立的载体和磁振子弛豫时间。一个概念验证实验证实了这一预测。我们还报道了在n型和本征铁磁半导体中的磁振子-载流子拖曳热电势的实验观察。在p型反铁磁MnTe中掺入不同量的Cr，以产生各种载流子浓度的非简并和n型半导体。Cr掺杂剂具有施主性质，并且由于Cr 3+氧化态而产生铁磁-反铁磁簇。热容量测量证实了磁振子的存在下，铬掺杂的MnTe。结果表明，磁振子拖曳热电势显着降低为3%-5%的Cr掺杂样品由于双极拖曳效应，并成为负的14%和20%的Cr掺杂MnTe由于占主导地位的磁振子电子拖曳热电势。
2020-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Towards predictive many-body calculations of phonon-limited carrier mobilities in semiconductors
本文在玻尔兹曼输运方程的框架内，探讨了半导体中载流子迁移率的{ \it ab initio}计算的精度极限。通过专注于硅的范例的情况下，我们表明，完全预测计算的电子和空穴迁移率需要多体准粒子校正能带结构和电子-声子矩阵元素，列入自旋轨道耦合，和一个非常精细的采样动量空间中的非弹性散射过程。通过考虑所有这些因素，我们得到了很好的协议与实验，我们确定的带有效质量作为最关键的参数，以实现预测的准确性。我们的发现为未来载流子迁移率的计算制定了蓝图，并为通过设计来工程半导体中的输运特性铺平了道路。
2018-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Probing energy barriers and quantum confined states of buried semiconductor heterostructures with ballistic carrier injection: An experimental study
一个三端光谱，探测两个亚表面的能垒和带间的光学跃迁在半导体异质结构的演示。研究了一种以InAs/GaAs量子点为集电极的单极性p型半导体金属基区晶体管。利用少/多载流子注入、弹道电子发射谱和热载流子散射谱分别测量了Al_xGa_（1-x）As埋层导带和价带的势垒高度，从而确定了Al_（0.4）Ga_（0.6）As的带隙为2.037 ± 0.009 eV（9 K）。在正向集电极偏压下，注入具有亚带隙动能的少数载流子引起带间电致发光。三个发射峰从InAs量子点，InAs润湿层，和GaAs观察一致的少数载流子注入。
2007-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovering and Understanding 2D Semiconductors with High Intrinsic Carrier Mobility at Room Temperature
二维（2D）半导体在下一代电子学和光电子学中表现出巨大的潜力。然而，目前的2D半导体在室温下固有地具有低载流子迁移率，这显著地限制了其应用。在这里，我们发现了各种新的2D半导体，其迁移率比目前的高一个数量级。这一发现是通过开发有效的描述符来进行2D材料数据库的高通量计算筛选，然后使用最先进的第一原理方法来准确计算迁移率。进一步的分析将其异常的迁移率归因于小的有效质量、高的声速、高的光学声子频率、小的玻恩电荷与极化率的比率和/或弱的电子-声子耦合。我们的工作开辟了新材料，以实现以前难以实现的高器件性能和/或奇异物理，并提高了对载流子输运机制的理解。
2023-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Influence of local surface defects on the minority-carrier lifetime of passivating-contact solar cells
在硅太阳能电池行业中越来越流行的钝化接触的全部潜力的解锁，需要确定少数载流子寿命。微小的钝化压降会限制太阳能电池的功能，但是在开路电压低于700 mV的器件中不会检测到。在这项工作中，模拟和实验被用来显示局部表面缺陷对整体器件性能的影响。虽然缺陷没有显着影响电极沉积之前的寿命测量或开路电压测量在标准测试条件下，它有一个显着的影响点的操作，进而，器件效率（高达百分之几的效率下降）。此外，这项研究表明，局部缺陷可能会对通过电极的电连接位于几厘米远的钝化区域产生不利影响。这导致电极沉积后的低注入寿命下降。因此，通常在金属化之前测量的寿命曲线（以及因此内部电压）通常不代表金属化之后它们各自的值。在电极沉积之后经常观察到的低注入寿命下降可以源自这样的局部表面缺陷，而不是源自均匀钝化下降。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Measuring the Capacitance of Individual Semiconductor Nanowires for Carrier Mobility Assessment
直接测量单个锗纳米线场效应晶体管的电容-电压特性，并首次用于评估纳米线中的载流子迁移率;从而消除了由于器件几何形状、表面和界面状态以及栅极介电常数和厚度而导致的计算迁移率的不确定性。直接的实验证据表明，环绕栅纳米线晶体管具有更高的电容和更好的静电栅极控制比顶栅器件，是未来高性能纳米电子学最有前途的结构。
2007-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Contribution of photogenerated charge carriers to photothermal effect in optically opaque semiconductor samples
Faculty of Philosophy, University of East Sarajevo（东萨拉热窝大学哲学系）；Faculty of Physics, University of Belgrade（贝尔格莱德大学物理系）；Vinca Institute of Nuclear Sciences—National Institute of the Republic of Serbia, University of Belgrade（塞尔维亚共和国国家研究所文查核科学研究所，贝尔格莱德大学）
本文建立理论模型，分析光生载流子扩散与复合对不透明半导体光热响应的影响，发现即使表面复合为零且寿命短，载流子热贡献仍存在，为光热实验设计和电子特性表征提供指导。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Finite Temperature TD-DMRG for the Carrier Mobility of Organic Semiconductors
大量的非绝热动力学研究被用来揭示有机半导体中载流子输运的本质。本文提出了一种基于“近似精确”图形处理单元（GPU）的有限温度TD-DMRG方法来计算有机半导体中载流子迁移率，该方法采用电子-声子模型，特别是红荧烯晶体，其参数由第一性原理导出.我们发现，（i）TD-DMRG是一个通用的和强大的方法，可以弥合跳跃和带图片之间的差距，涵盖了广泛的电子耦合强度;和（ii）与现实的参数，TD-DMRG是能够占实验观察到的“类带”输运行为（$\partial μ/ \partial T < 0$）在红荧烯。我们进一步研究了电荷输运的同位素效应的长期困惑，并明确地证明了负同位素效应（$\partial μ/ \partial m < 0$，其中$m$是原子质量）应该是普遍的。
2020-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Role of Correlation on Charge Carrier Transport in Organic Molecular Semiconductors
我们研究了有机分子半导体中的载流子输运。已经发现，由于跳跃传导，迁移率是电场和温度的函数。无序固体中电荷输运的几种理论模型一直在争论空间和能量相关性在这些系统中的作用，这种相关性最近已被证明可以解释迁移率的普遍电场依赖性。我们已经比较和评估了不同的理论上提出的模型，使用非常简单的实验结果的适用性，并根据我们广泛的分析，我们发现，相关性是很重要的，以解释在这些系统中的电输运。
2003-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio analysis for initial process of Joule heating in semiconductors
为了从微观上定量地研究半导体中焦耳热的初始过程，我们结合双温模型和玻尔兹曼方程，建立了一个计算高电场下半导体中载流子能量弛豫的理论框架.我们采用的方法作为一个典型的例子，体硅。因此，我们发现电子和空穴载流子的能量弛豫过程存在显著差异。在带边界处的纵向声学和光学声子有助于电子载流子的能量弛豫，而它们对空穴载流子的能量弛豫的贡献可以忽略不计。此外，在能带边缘处，电子载流子的能量弛豫速率最大化，而空穴载流子的能量弛豫速率被抑制。这些差异源于存在/不存在谷间散射过程和各向同性/各向异性能带结构的电子和空穴。我们的研究结果为通过材料设计控制半导体中的热产生奠定了基础。
2021-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Interference Control of Carriers and Currents in Zincblende Semiconductors based on Nonlinear Absorption Processes
光吸收过程之间的量子干涉可以激发出在布里渊区具有偏振分布的载流子，这取决于入射光场的性质。载流子的偏振分布引入了可以由入射光场的相位和偏振控制的电流。本文研究了AlGaAs中二光子和三光子吸收过程的量子干涉。我们提出了理论预测的载波和电流注入率考虑不同的频率，相位和偏振的入射场。我们还讨论了仅涉及非线性光学过程导致的重要特征，例如导致布里渊区中载流子的更尖锐分布。
2019-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of compensating native defect formation during semiconductor processing via excess carriers
在许多半导体中，补偿缺陷设置掺杂限制，降低载流子迁移率，并减少少数载流子寿命，从而限制了它们在器件中的应用。在许多情况下，本征缺陷是原因，但是当占据交替的晶格位置时，外来掺杂剂也可以充当其自身的补偿。在接近热平衡的处理过程中抑制补偿缺陷的浓度是困难的，因为随着费米能级向多数带边缘移动，形成缺陷降低。例如通过光生作用引入的过量载流子改变了半导体缺陷的形成焓，因此可以在晶体生长或退火期间被利用以抑制这种缺陷群。在这里，我们开发了一个严格的和一般的模型缺陷形成的存在下，稳定状态的过量载流子浓度相结合的标准准化学形式主义与详细的平衡描述，适用于任何缺陷状态的带隙。考虑准费米能级作为化学势，我们证明，增加少数载流子浓度增加典型的补偿中心的形成焓，从而抑制它们的形成。这种效果说明了在名义上未掺杂和extrinsic型掺杂的GaSb的原生GaSb反位受主的具体例子。该模型还预测电离散射中心的浓度减少，以及增加的流动性。虽然我们的治疗是广义的过量载流子注入或产生半导体中的任何手段，我们提供了一套准则，应用的概念，在光辅助物理气相沉积。
2016-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic susceptibility of diluted magnetic semiconductors at low carrier densities
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
该研究采用随机相位近似，针对低载流子浓度的(III,Mn)V型稀磁半导体，计算了其静态纵向和横向动态磁化率，发现磁化率对Mn杂质位置无序敏感，结果与前期相关研究一致。
2026-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Radial Dependence of the Carrier Mobility in Semiconductor Nanowires
假设在低温下杂质散射占主导地位，探讨了半导体纳米线中载流子的迁移率随半径增加的函数关系。增加的横截面和可用的散射通道的并发增加之间的竞争导致强烈的非单调依赖的半径上的移动性。带间散射导致每个新信道变得可用的线半径处的迁移率急剧下降。在中间半径与通道的数量不变的流动性被认为是保持指数增长，即使有多个通道。我们还比较了改变杂质分布的径向标度的影响。我们使用的横向载波波函数是一致的边界条件，并证明了$δ$函数近似的横向轮廓导致远程杂质的情况下的错误。
2005-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism in a Semiconductor with Mobile Carriers via Low-Level Nonmagnetic Doping
我们发现，掺杂的立方黄铁矿，这是一个抗磁性半导体，成为铁磁性时，$p$型掺杂。我们还发现，这种材料可以表现出高自旋极化隧穿和运输设备。这些结果是基于第一性原理电子结构和输运计算。这说明了使用$p$型掺杂没有磁性杂质作为获得铁磁半导体行为的策略，与自旋电子应用，需要磁有序和良好的流动性的影响。这是一种很难通过用磁性杂质掺杂半导体来实现的组合。我们表明，磷和砷可能是实现这种行为的有效掺杂剂。
2021-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Imaging ambipolar two-dimensional carriers induced by the spontaneous electric polarization of a polar semiconductor BiTeI
二维（2D）移动载流子是量子现象的源泉。在各种2D载流子系统中，例如场效应晶体管和异质结构，极性材料具有独特的电势;本体中的自发电极化的强度可以在表面产生正和负的2D载流子。虽然几个实验表明双极载流子在极性半导体BiTeI的表面，其起源尚未被指定。在这里，我们提供了令人信服的实验证据表明，双极二维载流子在BiTeI的表面诱导的自发电极化的强度。利用扫描隧道显微镜对电子驻波进行成像，发现具有Rashba型自旋分裂的正或负载流子出现在表面，对应于体相的极性方向。在表面的电子密度是恒定的，独立于那些在散装，证实了2D载流子是由自发的电极化的强度。我们还成功地图像，横向$p$ - $n$结形成沿亚微米尺度的域与相反的极性方向的边界。我们的研究提出了一种新的手段，赋予非易失性，自旋极化，和双极的2D载体，以及，没有精心制作，横向$p$ - $n$结的这些载体在原子尖锐的接口。
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Quasi two-dimensional carriers in dilute-magnetic-semiconductor quantum wells under in-plane magnetic field
由于空间约束和磁约束之间的竞争，准二维系统的态密度在定量和定性上偏离了理想的阶梯形。我们研究了如何影响自旋子带人口和自旋极化的函数的温度，$T$，和平面内的磁场，$B$，窄到宽的稀磁半导体量子阱。我们专注于量子阱的宽度，自旋-自旋交换相互作用的大小，和片载流子浓度的依赖。我们寻找系统完全自旋极化的范围。增加$T$，载流子自旋分裂$U_{oσ}$减少，而增加$B$，$U_{oσ}$增加。此外，由于态密度的修改，所有能量较高的子带逐渐减少。
2007-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Bound Magnetic Polaron Interactions in Insulating Doped Diluted Magnetic Semiconductors
绝缘掺杂稀磁半导体（DMS）的磁行为的特征在于称为束缚磁极化子的大集体自旋的相互作用。这些材料的磁化率的实验测量表明，极化子-极化子相互作用是铁磁的，与反铁磁载流子-载流子相互作用相反，反铁磁载流子-载流子相互作用是半导体的特征。为了解释这种行为，已经开发了一个模型，其中极化子通过标准的直接载流子-载流子交换相互作用（由于虚载流子跳跃）和间接载流子-离子-载流子交换相互作用（由于极化子与间隙区域中的磁性离子的相互作用）相互作用。使用变分法，模型参数的最佳值被确定为温度的函数。在感兴趣的温度下，描述极化子-极化子相互作用的参数被发现几乎是温度无关的。对于这些常数参数的合理值，我们发现间接铁磁相互作用可以主导直接反铁磁相互作用，并导致极化子对齐。这一结果支持了绝缘掺杂DMS铁磁性的实验证据。
2001-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Semiconductor Computational Carrier Mobility Genome
该研究针对现有二维半导体室温电荷迁移率普遍偏低的问题，综述了二维半导体电荷散射的精准从头算方法与高迁移率材料高通量筛选进展，总结了高迁移率二维半导体的共性基因组，为后续高迁移率二维半导体发现提供支撑。
2024-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced carrier scattering rates in dilute magnetic semiconductors with correlated impurities
在III-V族稀磁半导体（DMS）如Ga $_{1-x}$ Mn $_x$ As中，杂质位置往往是相关的，这会极大地影响这些材料的电子输运性质。在记忆函数形式主义，我们推导出了一个通用的表达式为当前的弛豫内核自旋和电荷无序介质，并计算了自旋和电荷散射率在弱无序的限制。使用一个简单的模型，磁性杂质集群，我们发现一个显着增强的电荷散射。增强是敏感的集群参数，可以通过生长后退火控制。
2006-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Effects of excess carriers on native defects in wide bandgap semiconductors: illumination as a method to enhance p-type doping
半导体中的不期望的无意掺杂和掺杂限制通常由具有低形成能的补偿缺陷引起。由于带电缺陷的形成能量线性地依赖于费米能级，因此掺杂限制在费米能级可以显著变化的宽带隙半导体中可能特别明显。在生长或处理过程中引入非平衡载流子浓度改变了能带载流子的化学势，从而提供了以在热平衡下不可能的方式修改带电缺陷群的可能性。在这里，我们证明，对于一个遍历系统与过剩的载流子，涉及缺陷电荷跃迁水平的载流子捕获和发射率严格确定的混合物的电子和空穴准费米能级确定的非零电荷状态的形成能量的缺陷类型。目录的范围内可能的响应过剩的载流子，我们调查的行为的一个单一的施主样缺陷的功能的非本征掺杂和能量的电荷跃迁水平。技术上最重要的发现是，对于带隙中电荷跃迁能级的大多数值，过量载流子将增加补偿缺陷的形成能。因此，可以克服由原生缺陷施加的对掺杂的限制。在宽带隙半导体中也存在这样的情况，其中具有与主要掺杂剂相同的电荷极性的缺陷的浓度保持不变或实际上增加。这些不同的行为的原因是合理化的捕获和排放率和准则进行实验测试，该模型给出。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of Photo-excited Hot Carriers in Hydrogenated Amorphous Silicon Imaged by 4D Electron Microscopy
非晶半导体中的电荷载流子的动力学与晶体半导体中的电荷载流子的动力学根本不同，这是由于缺乏长程序和高缺陷密度。尽管密集的技术驱动的研究兴趣和存在完善的实验技术，如光电导飞行时间和超快光学测量，在非晶半导体中的光激发载流子的动力学的许多方面仍然知之甚少。在这里，我们展示了直接成像的载流子动力学的空间和时间光激发后，在氢化非晶硅（a-Si：H）的扫描超快电子显微镜（SUEM）。我们观察到一个意想不到的制度，快速扩散后立即光激发，随着自发的电子-空穴分离和原子无序引起的电荷捕获。我们的研究结果表明，丰富的动态热载流子输运在非晶半导体，可以揭示直接成像的基础上SUEM。
2016-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Carrier States and Ferromagnetism in Diluted Magnetic Semiconductors
本文应用动力学相干势近似，系统地研究了$A_{1-x}$ Mn $_xB$型稀磁半导体（DMS's）的载流子态.对DMS的三种典型情况进行了模型计算：在没有交换势的情况下具有强和中等交换相互作用的情况，以及除了中等交换相互作用之外具有强吸引力的交换势的情况。当交换相互作用足够强时，磁性杂质带从主带分裂。磁性杂质带中的载流子主要停留在磁性位置，载流子自旋与局域自旋之间的耦合很强。载流子在磁性位点之间的跳跃通过{ \it双交换（DE）样}机制引起铁磁性。我们已经调查的条件DE样机制在DMS的操作。结果表明，磁位的磁吸引势有助于磁性杂质带的形成，并通过显著增强交换相互作用的作用，使类DE机制起作用.用常规参数研究了Ga $_{1-x}$ Mn $_x$ As中的载流子态。结果表明，铁磁性是由杂质态产生的尾带载流子通过类DE机制引起的。
2003-03-15 cond-mat.mtrl-sci
A simple method to find temporal overlap between THz and X-ray pulses using X-ray-induced carrier dynamics in semiconductors
本文提出利用X射线诱导半导体载流子导致太赫兹透射率快速下降的现象，直接测定THz与X射线脉冲时间重叠，精度达皮秒级。
2024-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Extreme-Band-Gap Semiconductors with Shallow Dopants and Mobile Carriers
该研究结合类氢玻尔模型与第一性原理缺陷计算，发现带隙高达9.5 eV的材料仍可具备浅掺杂剂和可移动载流子。
2025-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Control of ferromagnetism by manipulating the carrier wavefunction in ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As quantum wells
我们证明了控制的铁磁性在表面量子阱含有5 nm厚的n型铁磁半导体（In，Fe）作为层夹在两个InAs层之间，通过操纵载流子波函数。（In，Fe）As层的居里温度（Tc）有效地改变了高达12 K（ΔTc/Tc = 55%）。我们用平均场Zener理论的计算揭示了（In，Fe）As中出乎意料的大的s-d交换作用。我们的研究结果建立了一个有效的方法来控制量子异质结构的n型FMS的铁磁性，以及需要重新考虑目前的理解的s-d交换相互作用的窄隙FMS。
2013-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Carrier and Spin Coherent Dynamics in Strained Germanium-Tin Semiconductor on Silicon
锗锡是一种具有优良光子性能的材料。在这里，我们展示了光学初始化和读出自旋在这个有趣的IV族半导体合金和报告塞曼分裂水平之间的自旋量子拍下的外部磁场。我们的光学实验揭示了强大的自旋取向在很宽的温度范围内和持久的自旋寿命，在室温下接近ns政权。除了非辐射复合途径的重要见解，我们的研究结果揭示了丰富的自旋物理在传统的硅衬底上直接生长的新型外延结构。这为IV族半导体工具箱与先进的自旋电子学和光子学能力的协同富集引入了一条可行的路线。
2017-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Semiconductors: Control over Carrier States and Excitations in Layered Hybrid Organic-Inorganic Perovskites
对于一类基于$π$共轭有机阳离子的2D混合有机-无机钙钛矿半导体，我们定量预测如何改变有机和无机组分允许以量子阱方式控制载流子态的性质、能量和局部化。我们的第一性原理预测，大规模的混合密度泛函理论与自旋轨道耦合的基础上，表明在一个单一的混合物的有机和无机部分之间的接口可以系统地调制，使我们能够选择不同的I型和II型能级排列。电子和空穴的能级、复合性质和传输行为因此通过选择特定的有机官能化并将它们与合适的无机组分并置而变得可调。
2018-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Unified description of ballistic and diffusive carrier transport in semiconductor structures
在半经典模型下，发展了平行平面半导体结构中弹道和扩散载流子输运的统一理论描述。该方法是基于引入一个热弹道电流组成的载体弹道运动的电场提供的带边电位，并热化在某些随机分布的平衡点，通过耦合到背景的杂质原子和载流子的平衡。热弹道流和背景流之和是守恒的，并与物理流一致。非简并系统的电流-电压特性和简并系统的零偏压电导用约化电阻表示。对于任意的平均自由程和任意形状的带边电位分布，这个量是从一个积分方程的解决方案，这也提供了准费米能级和热弹道电流确定。为了说明形式主义，一些简单的例子被认为是明确的。目前的工作相比，以前的尝试对弹道和扩散运输的统一描述。
2003-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-limited Mobility of 2D Semiconductors: Quadrupole Scattering and Free-carrier Screening
二维（2D）半导体在下一代电子学和光电子学中表现出巨大的潜力。这些应用的一个重要性质是声子限制的载流子迁移率。从第一性原理计算迁移率的常用方法依赖于电子-声子耦合（EPC）矩阵的插值。然而，它忽略了由声子产生的动力学四极子的散射，限制了它的准确性。在这里，我们提出了一个第一原理的方法，将四极散射，这导致在一个更好的插值质量，从而更准确的流动性，例如单层二硫化钼和硒化铟。该方法还允许自然地并入自由载流子的效应，使我们能够有效地计算屏蔽的EPC，从而计算杂质半导体的迁移率。特别是，我们发现，由于更强的长程散射在本征InSe的电子迁移率是更敏感的载流子浓度比MoS 2。随着电子浓度的增加，InSe的迁移率可以达到本征值的4倍，然后由于较重的电子态的参与而降低。我们的工作为计算本征和掺杂二维材料中的声子限制迁移率提供了准确有效的方法，并提高了对其输运机制的基本理解。
2022-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast dynamics of optically excited charge carriers in the room-temperature antiferromagnetic semiconductor $α$-MnTe
本研究利用时间分辨光学与太赫兹超快光谱，探究室温反铁磁半导体 $α$-MnTe 中电荷载流子的超快动力学，揭示了三个弛豫过程及其对泵浦通量的线性和非线性依赖关系。
2023-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling competitions between carrier recombination pathways in semiconductors via mechanical damping
Department of Materials Science and Engineering, University of Toronto（多伦多大学材料科学与工程系）
研究通过光致机械吸收光谱挑战半导体载流子复合速率传统加法模型范式，揭示硫化锌中总复合速率遵循乘法加权模型，其加权因子受载流子产生机制影响，光开关时会动态演化，为优化光电器件提供新策略。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Impurity effects in Cu$_2$O
从科学和技术的角度来看，宽禁带半导体的掺杂都是一个有趣的问题。这个问题的一个众所周知的例子是Cu $_2$ O的掺杂。唯一的元素，产生了一个数量级的增加，在铜$_2$ O散装样品的导电性是氯，如我们和其他人以前报道。然而，由于少数载流子扩散长度的减小，用这种材料生产的太阳能电池没有显示出性能的任何改善。在本文中，我们调查的其他杂质的影响，以检查其可能的用途作为掺杂剂，并评估其对少数载流子扩散长度的影响。在用于生产Cu $_2$ O的氧化之前，通过蒸发在起始铜片上引入了七种杂质：铬（Cr）、铁（Fe）、银（Ag）、硅（Si）、钠（Na）、硫（S）和磷（P）。实验表明，浓度为20 ppm的这些掺杂剂对电阻率和迁移率都没有任何相关影响。对少数载流子扩散长度的影响也可以忽略不计，除了钠会产生轻微的样品退化。
2013-10-20 cond-mat.mtrl-sci
