diffusionslängd

Diffusionslängd, eller diffusion length, är ett mått på hur långt minoritetsbärare kan diffundera innan de rekombinerar i ett halvledar- eller isolationsmaterial. För ett enhetligt material med konstant diffusionskoefficienten D och minoritetsbärare med livslängden τ är diffusion length L given av L = sqrt(D τ). Om flera rekombinationsvägar förekommer kan flera livslängder ge upphov till flera diffusion lengths.

Diffusionskoefficienten D är kopplad till bärare mobilitet μ via Einsteinrelationen D = μkT/q. Livstiden τ styrs av radiativ och icke-radiativ rekombination, fångstcenter, defekter och ytrekombination (ytmotstånd). Både D och τ är temperaturberoende och/materialkvalitetens påverkan är stor. I geometriska strukturer och vid närvaro av ytor uppstår ytterligare gränstillstånd genom ytrekombination, vilket kan sänka den effektiva diffusion lengthen.

Mätning och tillämpning: Diffusionslängd uppskattas ofta genom tidsupplösta fotoluminiscens- eller fotokonduktansmätningar, transienta opto-elektriska metoder, eller elektronstrålepåkning (EBIC) samt ljusstrålespänningsmetoder. Den är central i solceller och ljus-emitterande dioder eftersom den begränsar hur mycket av ett genererat laddningsbärarflöde som effektivt kan samlas in om aktiva skikt inte överstiger L. Den påverkar även dopade profilers design och skiktrekonstruktioner.

Typiska värden varierar mycket mellan material: i högrenkristallin silikon kan diffusion lengthen vara betydligt längre än i dopade eller material med många defekter; i tunnafilmsmaterial och dopade prover är L ofta kortare och i intervallet mikrometer eller mindre.