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
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
Decoupling bulk and surface recombination properties in silicon by depth-dependent carrier lifetime measurements
利用μ子作为材料的体探针，通过对μ子注入深度的扫描，研究了硅片中载流子动力学的深度分布。光激发μ子自旋谱技术可以在半导体晶片中光学地产生过剩载流子，而μ子可以测量过剩载流子密度。结果，可以获得载流子复合寿命谱。深度依赖的寿命谱使我们能够准确地测量体载流子寿命和表面复合速度通过拟合一个简单的一维扩散模型的光谱。与其他传统的寿命谱技术不同，在这种方法中，体和表面复合性质可以容易地去卷积。在这里，我们已经应用该技术来研究硅晶片钝化处理和不钝化处理，并证明了该模型可以正确地描述在这两种情况下的载流子动力学。
2021-04-08 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
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
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
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
Defect Profiling of Oxide-Semiconductor Interfaces Using Low-Energy Muons
低能μ子自旋旋转（LEμSR）是一种强有力的原子核方法，可以在$\approx$ \SI{200}{\nano\meter}尺度上研究表面附近区域和薄膜的电磁性质。在这项工作中，我们展示了利用低能量μ子对氧化物-半导体界面进行深度分辨表征的潜力，即硅（Si）和碳化硅（4 H-SiC）。二氧化硅（SiO $_2$）生长的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和热氧化的SiO $_2$ -半导体界面的接口和缺陷的形成进行了比较。μ的纳米深度分辨率允许氧化物层和半导体层之间的明确区分，同时还量化了由Si和SiC的氧化引起的结构变化的范围。
2022-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Carrier induced ferromagnetism in room temperature ferromagnetic semiconductor rutile TiO2 doped with Co
铁磁半导体金红石型（Ti，Co）O2在室温下表现出反常的霍尔效应。反常霍尔效应以及磁光响应对载流子浓度的强烈依赖性表明该化合物中存在载流子诱导的铁磁性。这两种铁磁响应都是由主半导体带边的载流子引起的，表明自旋电子器件在室温下工作的可能性。
2003-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Bipolar charge-carrier injection in semiconductor/insulator/conductor heterostructures: self-consistent consideration
建立了半导体/绝缘体/导体系统中双极载流子注入和输运过程的自洽模型，该模型在描述注入过程时考虑了空间电荷效应。注入的电荷载流子的量强烈地由接触处出现的能量势垒决定，但同时由注入的电荷载流子产生的静电势修改该注入势垒本身的高度。在我们的模型中，通过假设整个系统的电位移和电化学电势的连续性来获得自洽性。系统的成分被适当地考虑到通过它们各自的态密度分布。从我们的模型产生的后果进行了讨论的基础上的氧化铟锡/有机半导体/导体结构。计算了通过电极和有机层的载流子和电场的分布。的复合和电流-电压特性进行了分析，不同的注入势垒的高度和不同的复合率值，并与测得的电流-电压依赖性的氧化铟锡/聚（苯撑乙烯）/钙结构进行比较。不同注入势垒和复合率的复合效率的电压依赖性揭示了器件性能的最佳条件。
2008-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Identifying defect-tolerant semiconductors with high minority carrier lifetimes: Beyond hybrid lead halide perovskites
甲基铵卤化铅（MAPbX3）钙钛矿的出现促使识别引起异常的体传输性质的独特性质，并识别具有类似性质的未来材料。在这里，我们提出，这种“缺陷容限”出现从基本的电子结构特性，包括轨道特性的传导和价带极值，有效质量，和静态介电常数。我们使用MaterialsProject.org搜索和详细的电子结构计算来证明MAPbX 3以外的其他材料的这些特性。这种材料发现的框架可以更广泛地应用，以加速基于对最近成功的新兴理解的新半导体的发现。
2015-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamics of carrier-mediated magnetism in semiconductors
我们提出了一个模型的载流子介导的铁磁性半导体，占载流子的温度依赖性。该模型允许竞争的磁状态的热力学稳定性分析，打开大门的建设磁相图。作为一个例子，我们分析了一个可能的可重入铁磁半导体的稳定性，其中温度的升高导致载流子密度的增加，使得磁性杂质之间的交换耦合增强，从而导致铁磁性的发生，随着温度的升高。
2007-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Competition between the electronic and phonon-mediated scattering channels in the out-of-equilibrium carrier dynamics of semiconductors: an ab-initio approach
利用Baym-Kadanoff方程研究了间接带隙半导体体硅中载流子的动力学行为。在电子-电子（e-e）和电子-声子（e-p）两种情况下，分别采用半静态GW近似和Fan自能从头算方法计算了电子-电子（e-e）和电子-声子（e-p）的自能.通过使用广义Baym-Kadanoff方法，两个时间演化被宏观时间轴上的唯一动力学所取代。通过使用完整的碰撞近似，进一步简化了连接到时间演化的记忆效应，克服了与现实系统的实时模拟连接的巨大的数值困难。载流子的动力学被证明是减少在这样一种方式有严格的连接到众所周知的平衡电子-电子和电子-声子自能。该链接允许使用一般参数来激励基于载流子能量的e-e和e-p散射通道之间的相对平衡。
2013-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Measuring Minority Carrier Diffusion Length Using High-Injection Scanning Photocurrent Microscopy
针对SPCM难以研究轻掺杂/本征半导体且需低光注入、肖特基接触的问题，本研究通过有限元模拟提出高注入下测量少数载流子扩散长度的方法，拓展了SPCM的适用范围与实验灵活性。
2024-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear charge transport in bipolar semiconductors due to electron heating
已知当强电场施加到半导体样品时，电流电压特性偏离线性响应。在这封信中，我们提出了一个新的观点，在半导体的非线性与电子温度依赖于复合率。载流子的加热打破了产生和复合之间的平衡，引起非平衡载流子浓度和非线性。
2016-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of interstitial hydrogen in In-Ga-Zn-O semiconductor simulated by muon
利用μ子自旋旋转/弛豫（$μ$ SR）实验研究了In-Ga-Zn氧化物（IGZO）半导体中间隙μ子赝氢的局域电子结构.在多晶（c-）IGZO中，Mu处于抗磁状态，零外场下的$μ$ SR时间谱可以用Gaussian Kubo-Toyabe弛豫函数来描述，其中线宽$Δ$可以作为In/Ga核磁矩随机局域场的灵敏度量. $Δ$的大小与H的密度泛函理论计算相结合（模拟Mu）表明，Mu占据Zn-O键中心位置（Mu $_{\rm BC}$）类似于晶体ZnO中的情况。这意味着c-IGZO中的抗磁性状态对应于Mu $_{\rm BC}^+$，因此充当电子供体。在非晶（a-）IGZO中，沉积膜中的局部Mu结构与c-IGZO中的结构几乎相同，表明Mu $_{\rm BC}^+$为电子态。相反，在高度氢化的a-IGZO膜的抗磁信号表现出洛伦兹Kubo-Toyabe弛豫，这意味着Mu伴随着更不均匀的分布的相邻核自旋，可能涉及Mu $^-$ H $^-$ -复合状态中的氧空位。
2019-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Robustness of ferromagnetism in (In,Fe)Sb diluted magnetic semiconductor to variation of charge carrier concentration and Fermi level position
研究了He ~+离子辐照对稀磁半导体（DMS）（In，Fe）Sb、两相（In，Fe）Sb复合材料和名义上未掺杂的InSb半导体外延层输运和磁性的影响。在所有的层中，都发现了从初始n型到p型的导电类型转换，这种转换发生的离子注量依赖于InSb基体中Fe的浓度。铁磁性夹杂物对（In，Fe）Sb两相层的磁输运性质有很大的影响。研究了电活性辐射缺陷的数量对单相In 0.75 Fe 0.25 Sb DMS磁性能的影响，同时发现In 0.75 Fe 0.25 Sb DMS的磁性能对载流子浓度和费米能级位置的显著变化具有很强的抵抗力。结果证实了（In，Fe）Sb的铁磁性与载流子浓度之间存在弱的相关性。
2019-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Charge carrier coherence and Hall effect in organic semiconductors
霍尔效应测量对于阐明有机半导体中基本的电荷输运机制和本征迁移率具有重要意义。然而，霍尔效应的研究经常揭示一个非常规的行为，不能很容易地解释与简单的带半导体霍尔效应模型。在这里，我们开发了一个分析模型的霍尔效应在有机场效应晶体管的共存带和跳跃载流子的制度。该模型，这是由实验支持，是基于部分霍尔电压补偿效应，发生因为跳跃载流子响应于横向霍尔电场和漂移的方向相反的洛伦兹力作用于带载流子。我们表明，这特别会导致在具有大量非对角热无序的有机半导体中观察到不发达的霍尔效应。我们的模型解释了各种有机半导体中霍尔效应的主要特征，并提供了霍尔迁移率，载流子密度和载流子相干因子的分析描述。
2016-01-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Carrier Lifetimes in a III-V-N Intermediate Band Semiconductor
我们用瞬态吸收光谱测量了多带半导体GaPAsN的载流子寿命。这些测量探测在激发脉冲之后作为时间的函数的导带、中间带和价带中的电子布居。在GaP0.32As0.67N0.01的光激发之后，我们发现导带中的电子布居以时间常数23 ps呈指数衰减。中间带的电子布居呈现出双分子复合，复合常数r = 2 × 10^-8 cm-3/s。在我们的实验中，光泵浦脉冲激发电子从价带到中间带和导带，和带间吸收的变化，由于吸收饱和和诱导吸收的延迟白光脉冲探测。我们使用带反交叉模型来模拟我们的样品的光学性质，以提取作为时间的函数的载流子密度。这些结果表明，少数载流子寿命太短，有效的太阳能转换和材料质量的改进将需要实际应用的GaPAsN基中间带太阳能电池。
2016-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Thermopower modulation clarification of the intrinsic effective mass in a transparent oxide semiconductor, BaSnO3
虽然有很多关于透明氧化物半导体BaSnO 3的载流子有效质量（m*）的报道，但几乎不可能知道本征m* 值，因为报道的m* 值分散在0.06至3.7 m-1之间。在这里，我们成功地澄清了本征m* 的BaSnO 3，m*=0.40 - 0.01 m0，由热电调制澄清方法。在此阈值下，La掺杂BaSnO 3和BaSnO 3 TFT结构的热电势值均为240微伏k-1，体载流子浓度为1.4E19 cm-3，二维面载流子浓度为1.8E12 cm-2。当电场位于抛物线形导带底上方时，观察到相当高的迁移率。相反，当EF低于阈值时，观察到非常低的载流子迁移率，这很可能是由于尾态抑制了载流子迁移率。研究结果对BaSnO_3基氧化物电子学的进一步发展具有重要意义。
2017-04-12 cond-mat.mtrl-sci
A new mechanism of exchange interaction in ferromagnetic semiconductors
我们提出了一种新的间接交换作用机制，它可以解释Mn-杂质半导体（如GaMnAs）在低载流子浓度下的铁磁有序.该机制是基于带态（传导或价）与局域杂质（施主或受主）态的杂化的相互作用以及局域自旋与带态之间的直接交换相互作用。当两个杂质的局域施主（受主）态的波函数重叠时，两个杂质之间发生间接交换耦合。这种耦合是独立的自由载流子浓度，因此可能是负责在低或零载流子浓度的铁磁转变。
2002-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Remote free-carrier screening to boost the mobility of Fröhlich-limited 2D semiconductors
范德华异质结构提供了一种通用工具，不仅可以保护或控制，还可以增强2D材料的性能。我们使用从头计算和半解析模型来寻找策略，提高异质结构内的载流二维半导体的流动性。从金属“屏蔽”层的自由载流子屏蔽远程抑制载流层中的电子-声子相互作用。这个概念在二维半导体中是最有效的，其散射主要是由可屏蔽的电子-声子相互作用，特别是与偏振光声子的Fröhlich耦合。这种材料是常见的，其特征在于在小掺杂极限下的整体低迁移率，并且当2D材料被掺杂到足以使电子-声子相互作用被其自身的自由载流子屏蔽时，迁移率要高得多。我们使用GaSe作为原型，并将其放置在掺杂石墨烯作为“屏蔽”层和BN作为隔离物的异质结构中。我们开发了一种方法来确定任何异质结构的静电响应结合密度泛函微扰理论计算的各个层的响应。从石墨烯的远程屏蔽可以抑制长波长的Fröhlich相互作用，导致对于从$10^{11}$到$10^{13}$ cm $^{-2}$的GaSe中的载流子密度，在$500$到$600$ cm $^2$ /Vs附近的一致的高迁移率。值得注意的是，低掺杂迁移率提高了2.5倍。这种远程自由载流子屏蔽比介电环境的更常规的操纵更有效，并且当隔离物（BN）薄时最有效。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Large thickness dependence of the carrier mobility in a transparent oxide semiconductor, La-doped BaSnO3
在（001）SrTiO_3和（001）MgO衬底上制备的2%La掺杂BaSnO_3（LBSO）薄膜的载流子迁移率与薄膜厚度密切相关，而与晶格失配无关（SrTiO_3为+5.4%，MgO为-2.3%）。虽然我们观察到晶格参数有很大的差异，（SrTiO 3约85 nm，MgO约20 nm）、表面形貌和失配位错密度，迁移率几乎同时随厚度增加，并在约100 cm 2 V-1 s-1处饱和，同时接近标称载流子浓度（=[2%La3 +]），清楚地表明迁移率的行为取决于膜厚度。这些结果有助于理解LBSO薄膜的迁移率行为，并对进一步提高LBSO薄膜的迁移率具有重要意义。
2018-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Photo-thermoelectric properties and their use in study of transport properties of both carriers from a single bulk sample
介绍了半导体光电热性能的理论，包括光电导、光电塞贝克系数和光电霍尔效应。我们证明，这些属性提供了一个强大的工具，在半导体载流子输运的研究。尽管光生载流子的产生是一个复杂的过程，但由于其种类或数量未知，常常无法进行定量分析。由于光载流子仅影响薄层，因此使用大块样品似乎更不可能。我们的方法将使研究人员能够绕过这些困难，仅使用测量的属性，并确定电子和空穴的迁移率以及电子和空穴之间的比例从散装样品。我们提供了初步的实验验证我们的理论，在最后使用两个截然不同的半导体。
2019-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Carrier Density Oscillation in photoexcited Semiconductors
半导体从热力学平衡的扰动往往会导致非线性动力学的显示和时空模式的形成，由于竞争过程的自发产生。在这里，我们描述了在硅中的非线性载流子输运的超快成像，激发一个强烈的飞秒激光脉冲。我们使用扫描超快电子显微镜（SUEM）显示，在一个足够高的激发注量，光激发载流子的运输减慢变成一个振荡过程。我们将这种非线性响应归因于电场，这些载流子在本征场和光致场下的空间分离产生的，然后我们提供了一个对流扩散模型，模仿实验观察。我们的发现为高激发态半导体中热载流子的静电振荡提供了直接的成像证据，并为平衡恢复时的时空演化提供了新的见解。
2019-09-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ab initio theory of free-carrier absorption in semiconductors
半导体中自由载流子对光的吸收导致所有光子波长的光损耗。由于自由载流子吸收与跨越带隙的光学跃迁竞争，因此其也降低了诸如太阳能电池的光电子器件的效率，因为其不产生电子-空穴对。在这项工作中，我们开发了一个第一性原理理论的自由载流子吸收考虑到单粒子激发和集体德鲁德长期，我们证明了它的应用的情况下，掺杂硅。我们确定的自由载流子的吸收系数作为载流子浓度的函数，我们获得了很好的协议与实验数据。我们确定的主导过程，有助于自由载流子吸收在不同的光子波长，并分析结果，以评估这种损失机制的影响，硅基光电子器件的效率。
2022-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
