diffusielengtes

Diffusielengtes zijn karakteristieke afstanden waarover deeltjes of excitaties zich via diffusie verplaatsen voordat ze recombineren of gevangen raken. Ze zijn afhankelijk van de materiaalkenmerken en de omgevingsomstandigheden en vormen een centraal begrip bij transport in halfgeleiders en bij excitonstroming.

In halfgeleiders wordt de diffusielengte voor een minority carrier gedefinieerd als L = sqrt(D τ), waarbij D de diffusiecoëfficiënt is en τ de levensduur van de drager. D is gerelateerd aan de mobiliteit μ via de Einstein-relatie D = μ k_B T / q. De notatie L_n en L_p wordt gebruikt voor respectievelijk elektronen en gaten.

In organische en moleculaire materialen verwijzen diffusielengtes vaak naar exciton-diffusielengtes, die voor veel organische halfgeleiders slechts enkele nanometer tot tientallen nanometer bedragen. Deze korte afstand bepaalt de ontwerpkeuzes voor organische zonnecellen en LEDs, omdat excitonen de donor-acceptor-interface moeten bereiken om splitsing te verkrijgen.

Metingen en modellering: diffusielengtes worden bepaald met tijdafhankelijke metingen, transiënte fotoconductiviteit of modellering met drift-diffusie-vergelijkingen. Ze hangen af van temperatuur, dopingsconcentratie, defecten en recombinatie- of vangmechanismen, en beïnvloeden de gewenste diktes van lagen en de prestaties van apparaten.