Home » Фотопроводимость полимеров » Модели энергетических состояний, генерации, рекомбинации и переноса заряда

  • Максимально достижимые величины

    Значение ЭДС Дембера обычно порядка нескольких милливольт. Эффект возникает при нарушении однородности полупроводника (вблизи поверхности контакта металл – полупроводник, вдоль полупроводника между освещенной и затемненной частями). Для наблюдения эффекта Дембера в чистом виде необходимо исключить влияние поверхностных состояний и других барьеров в исследуемых структурах. На текстурах, полученных при испарении на наклоненную к направлению движения паров подложку, наблюдается так называемый аномальный фотовольтаический эффект (АФН-эффект), значение ЭДС которого может во много раз превышать ширину запрещенной зоны. Заканчивая рассмотрение фотовольтаических эффектов, напомним, что [...]

    Смотреть »

  • Запрещенные зоны

    Наиболее интересно использование р-я-переходов в качестве элементов солнечных батарей. При этом вещества с большей шириной запрещенной зоны дают наибольшее напряжение холостого хода. Вещества с меньшей шириной запрещенной зоны, поглощающие большую часть спектра падающего излучения, генерируют наибольший ток короткого замыкания. При отсутствии поглощения атмосферы оптимальная ширина запрещенной зоны составляет 1,6 эВ. Максимально достижимые величины фото-ЭДС на р-я-переходе соответствуют ширине запрещенной зоны. В спектрах фото-ЭДС наиболее ярко проявляются процессы, связанные с фундаментальным поглощением. Одновременно могут проявляться процессы, соответствующие энергиям меньшим ширины запрещенной [...]

    Смотреть »

  • Нелинейность вольтамперных характеристик

    При возбуждении структуры с барьером Шоттки светом с энергией больше Фб электроны в металле приобретают энергию достаточную для преодоления барьера. Для электронного полупроводника при ФМ>ФП часть горячих электронов может быть эмитирована в полупроводник, который зарядится отрицательно. Таким образом, на барьере возникнет фото ЭДС. Фото эмиссия электронов из валентной зоны полупроводника в металл также возможна. Процесс этот будет происходить с туннелированием, что делает его вероятность много меньше рассмотренного выше. Фотовольтаический эффект на барьере Шоттки (фото- ЭДС между электродом и объемом фотопроводника) [...]

    Смотреть »

  •  
  • Фотовольтаические эффекты

    В полимерных фотопроводниках часто наблюдаются различные фотовольтаические эффекты, суть которых, как известно, состоит в создании напряжения, приложенного к полупроводнику или его части, при поглощении света. Представления о таких эффектах Хорошо развиты для неорганических полупроводников. Здесь мы весьма кратко расмотрим наиболее часто встречающиеся при исследовании полимеров. Общим для фотовольтаических эффектов является установление разности потенциалов в результате движения фото возбужденных носителей под действием различных локальных полей, которые могут образовываться на границах электрод – полупроводник, при изменении состава, легировании и неоднородном распределении примесей, [...]

    Смотреть »

  • Частично кристаллические тела

    Важно отметить, что часто нелинейность вольт амперных характеристик связывают с наличием последовательно включенных межкристаллических барьеров, свойства которых неизменны. В нелинейной перколяционной модели существенно, что случайно-неоднородный характер системы приводит к тому, что параметры этих неоднородностей сами начинают зависеть от напряженности электрического поля. Заканчивая раздел, следует отметить, что в нем рассмотрены лишь основные модели фото-генерации, переноса и рекомбинации носителей заряда, которые наиболее часто используют при интерпретации данных по фотопроводимости полимеров. Часто различные модели перекрываются. Например, генерацию рассматривают в рамках экситонной модели, а [...]

    Смотреть »

  • Перколяционная модель

    Для описания таких процессов используют термин «динамическая перколяция». В аморфных или частично кристаллических телах, в которых имеет место прыжковая или облегченная фононами туннельная проводимость, состояния внутри щели подвижности могут формировать статистические ансамбли или кластеры, в которых межмолекулярные расстояния являются характеристиками кристалла. Только эти расстояния характеристичны для кристалла, трансляционный порядок не требуется, если связывающие силы малы. Внутри каждого кластера, помещенного в непроводящую среду, движение носителей происходит как в кристалле, но переходы между кластерами совершаются значительно медленнее из-за больших межмолекулярных расстояний. Тем [...]

    Смотреть »

  •  
  • Диагональный беспорядок

    Перколяционная модель применима к любой существенно неоднородной системе и обычно используется при анализе переноса некоторого свойства между двумя точками, разделенными такими препятствиями, которые существенно затрудняют или делают такой перенос невозможным. Перенос заряда по системе, содержащей различного рода барьеры, вполне может составить предмет для рассмотрения перколяционной проводимости. В самом общем виде в теории перколяции (протекания) выясняется вопрос о том, каково число возможных путей, связывающих одинаковые узлы в гетерогенной (неоднородной) среде. В понятие гетерогенности вкладывается не тот смысл, который имеется в виду [...]

    Смотреть »

  • Эффект Френкеля – Пула

    Для объяснения такого поведения можно привлечь модель Андерсена, рассмотревшего движение электрона (или квазичастицы) в узкой зоне проводимости. Задача сводится к решению вопроса, при какой степени неупорядоченности решетки движение частиц становится локализованным. Если существенны статические локальные взаимодействия, то энергия в узле £) – случайная величина, не зависящая от времени. Вероятностный разброс ее значений характеризуется шириной Влияние недиагонального беспорядка, т.е. случайных флуктуации на локализацию качественно отличается от влияния диагонального беспорядка. Диагональный беспорядок означает, что энергетический уровень квазичастицы при попадании в ловушку уширяется, [...]

    Смотреть »

  • Коэффициент захвата носителя

    Эффект Френкеля – Пула. Освобождение носителей из ловушек может облегчаться сильным электрическим полем. Для ловушек, которые в заполненном состоянии нейтральны, а в вакантном состоянии заряжены положительно, рассматривается модель Френкеля – Пула. В вакантном и заряженном, в заполненном состоянии, эффект не наблюдается из-за отсутствия кулоновского взаимодействия. Эффект проявляется, когда электропроводимость определяется объемным зарядом, в отличие от эффекта Шоттки, который связан с ограничением проводимости явлениями на электродах. В эксперименте основанием для предположения наличия эффекта Френкеля – Пула в исследуемой системе является установление [...]

    Смотреть »

  •  
  • Экспериментальные данные

    В ряде работ доказывается, что дрейфовая подвижность в полимерах с насыщенными связями определяется скорее механизмом прыжка между соседними молекулами полупроводника, чем прилипанием носителей на мелких уровнях. Подробный анализ можно найти и цитируемой там литературе. Показано, что кинетика тока дрейфа малого заряда обусловлена прилипанием носителей в приповерхностной области на мелких и более глубоких уровнях, распределенных по всему объему слоя. Сильная зависимость дрейфовой подвижности от напряженности электрического поля показывает, что вероятность прыжка существенно зависит от напряженности поля. Поэтому при высоких. Г (> [...]

    Смотреть »

  • Результирующая дисперсия

    Шер и Монтрел рассмотрели перескоки между случайно распределенными локализованными центрами. Из равенств (11, 12) следует, что с увеличением беспорядка следует ожидать – более дисперсной формы импульса переходного тока (отсутствие характерного перегиба) и более резкой зависимости подвижности от напряженности поля. Более того, следует также ожидать и более высоких значений энергии активации. В модели Шера и Монтрела параметр а не зависит от температуры и, как следует из формул (11,12), до и после пр – (1-а) – (1+а)=-2, независимо от вида материала и [...]

    Смотреть »

  • Гауссовский пакет

    Для многих неупорядоченных систем экспериментально не наблюдаются характеристики, предсказываемые на основе гауссовской статистики. Импульс тока не обнаруживает прямоугольной формы, и характеризуется пологим спадом во времени без особых отличительных деталей. Последнее, свидетельствует о значительном размывании пакета носителей в момент достижения ими противоположного электрода. Размывание столь велико, что уже не приходится говорить о гауссовском распределении. Форма пакета имеет резко асимметричный вид, достаточно протяженный в части, подходящей к противоположному электроду, и резко спадающий с противоположной стороны. Такая форма импульса указывает на так называемый [...]

    Смотреть »

  •  
  • Электронная структура полимеров

    Например, оценки отступления от равных расстояний р между атомами в полимере дают значения Арр « 0,01. Динамические флуктуации возникают в результате взаимодействия молекулярных ионов с возбуждениями среды. Величина этих флуктуации оценивается в 0,2-0,5 эВ из данных по аномальному уширению фотоэмиссионных линий. Таким образом, Де>3 и заряженные электронные состояния полимеров содержат носители, первично локализованные на боковых группах. Как будет показано ниже, величина Де играет ключевую роль в интерпретации статистики транспортных процессов в неупорядоченных молекулярных кристаллах. В экспериментах (по определению времени пролета), [...]

    Смотреть »

  • Дрейфовая подвижность

    В полимерах это не выполняется, так как пространственные размеры до пирующих молекул или боковых групп 0,5-1,0нм,арасстояние-междуними 1-2. Электронная структура полимеров представляет собой ансамбль субмолекулярных единиц, так как ширина зон, вызванная перекрыванием, например, боковых групп достаточно мала. Инжектированные в полимер носители существуют в этом случае как молекулярные ионы индивидуальных боковых групп, а электронное возбуждение твердого тела, по существу, есть возбуждение субмолекулярных единиц. Природа локализации электронов связана с типом беспорядка. По П. Андерсону существует два типа беспорядка: диагональный и недиагональный. Диагональный беспорядок [...]

    Смотреть »

  • Туннельная модель

    Дрейфовая подвижность и дисперсионный транспорт. При анализе явлений переноса обычно экспериментально определяют дрейфовую подвижность носителей заряда и ее зависимость от температуры, напряженности электрического поля и т.д. Наиболее распространенными методами, как уже указывалось, являются электрофотографический и измерения времен пролета носителей. Основная идея время пролетного метода состоит в возбуждении пакета носителей у одного из электродов и анализе их перемещения в действующем электрическом поле. Критической величиной является определение времени пролета (транзита) носителей Гпр, связанное с подвижностью соотношением: Определение гпр, как правило, представляет собой [...]

    Смотреть »

  •  
  • Перенос носителей в органических полимерах

    Туннельная модель не объясняет различия подвижностей электронов и дырок и отрицательный температурный коэффициент подвижности. При прыжковой модели носитель перемещается от молекулы к молекуле, перескакивая через барьер. При рассмотрении ионизированных состояний молекулярных сред уже указывалось, что электрон-фононное взаимодействие может приводить к авто-локализации, при которой вследствие поляризации молекул носителями они сами остаются в созданных потенциальных ямах. В этом случае для перехода на следующий узел требуется энергия активации, необходимая для преодоления барьера, величина которого равна энергии связывания полярона. Таким образом, скорость перемещения носителей [...]

    Смотреть »

  • Прыжковая модель фото генерации

    В ряде работ предложены модели, позволяющие с других позиций подойти к процессам фото генерации носителей в аморфных полимерах и неорганических аморфных полупроводниках. Рассмотрим прыжковую модель фото генерации с дискретным спектром промежуточных состояний. Прыжковая и туннельная модели переноса. Перенос носителей в органических полимерах, как и в других неупорядоченных системах, обычно является активационным процессом. Предельно упрощенные схемы прыжкового и туннельного переходов приведены. В предложенной Д. Д. Эли туннельной модели для органических полимеров предполагается, что я-электрон, возбужденный на более высокое энергетическое состояние (например, [...]

    Смотреть »

  • Межмолекулярное взаимодействие нейтральных молекул

    Обычным приемом анализа экспериментальных данных является измерение зависимости квантовой эффективности от электрического поля и сравнение полученных данных с рассчитанными теоретически при разных параметрах модели Онзагера, учитывается разъединение носителей полем еще до их захвата ловушками, в отличие от модели Френкеля – Пула, где учитывается разъединение носителей полем после того, как они захватываются ловушками. Прыжковая модель фотогенерации. В модели Онзагера разделение пары носителей начинается с некоторого «начального» расстояния вследствие диффузионно-дрейфового движения частиц. Первичное разделение носителей рассматривается как процесс торможения горячего электрона, выбрасываемого [...]

    Смотреть »

  •  
  • Ионизованные состояния

    На этой схеме уровень проводимости дырок £), совмещен с высшим заполненным уровнем нейтральной молекулы 50, а энергия поляризации кристалла дыркой Р, представлена как разность между порогами ионизации молекулы и кристалла в верхней части диаграммы. Нужно помнить, что Ец не является аналогом валентной зоны в неорганических полупроводниках. Вследствие локализации носителей заряда в молекулярных кристаллах они за время локализации успевают поляризовать электронные я-орбитали окружающих молекул. Время электронной поляризации. Перемещение электрона вместе с электронной оболочкой есть перемещение полярона. Электронная поляризация – многоэлектронное явление, [...]

    Смотреть »

  • Френкелевский тип

    Это естественно, так как велика роль безизлучательных и излучательных переходов, идущих одновременно с процессами образования свободных носителей. Много квантовые процессы. Если в индивидуальном акте генерации носителей заряда принимает участие только один фотон или экситон, то такие процессы называют одноквантовыми. В случае прямой ионизации энергия поглощенного фотона сразу идет на образование пары электрон – дырка. При непрямой ионизации промежуточной стадией является образование экситона, диссоциация которого с участием или без участия дефекта приводит к образованию свободных носителей. Экситон может перемещаться между ближайшими [...]

    Смотреть »

  • Экситонная модель

    Итак, поглощение света в органических полупроводниках приводит к генерации синглетных или триплетных экситонов френкелевского типа. Генерация носителей заряда идет путем их диссоциации. Весьма часто распад экситонов проходит на границе электрод – полупроводник. В этом случае электроды действуют как глубокие электронные ловушки. При диссоциации экситона в этом случае, как правило, образуются носители одного знака – электроны, а дырки захватываются ловушками. Взаимодействие с поверхностью, особенно обогащенной кислородом, также весьма часто приводит к диссоциации синглетных экситонов. Образование носителей при взаимодействии экситонов с ловушками [...]

    Смотреть »

  •  
  • Акцепторные примеси

    Такой процесс начинается уже при довольно малых концентрациях. В результате возникает зона примесных состояний, которая при дальнейшем увеличении концентрации примесей расширяется и сливается с ближайшей разрешенной зоной. При этом вблизи разрешенных зон образуются «хвосты» плотности состояний в пределах запрещенной зоны. Края зон искажаются за счет кулоновского взаимодействия, взаимодействия через деформационный потенциал и путем образования зон примесных состояний. Экситонная модель. В этой модели первичным процессом при поглощении кванта света является образование нейтрального возбужденного состояния – экситона. Экситон может перемещаться между ближайшими [...]

    Смотреть »

  • Гиперболическая тангенсоида

    В этом случае показатель в люкс амперной зависимости лежит между 0,5 и 1. По мере того как распределение уровней приближается к однородному, люкс амперная характеристика приближается к линейной. Физическая картина, при которой и< 1, сводится к тому, что с увеличением интенсивности света все большее число уровней превращается из уровней прилипания в уровни рекомбинации. Люкс амперная зависимость с 0,5

    Смотреть »

  • Зонный механизм

    Несмотря на определенные трудности, зонная модель достаточно часто применяется при анализе фотопроводимости полимеров, особенно при качественном рассмотрении. Основные ее положения, как известно, следующие. В результате наличия трансляционной симметрии в кристаллах образуется набор запрещенных и разрешенных зон. Приведена схема основных переходов при генерации носителей заряда. Поглощение света при переходе из валентной зоны в зону проводимости есть собственное межзонное поглощение, и в этом случае реализуется собственная фотопроводимость. Переходы с донорных или акцепторных уровней обеспечивают приметную фотопроводимость. Ясно, что возбуждение в этом случае [...]

    Смотреть »

  •  
  • Ограничение метода

    Зонная модель – является наиболее разработанной, и нашла широкое применение при анализе электронных процессов в неорганических полупроводниках. Модель основана на наличии строгой периодичности строения кристаллических тел с учетом потенциала реального кристалла в эффективной массе носителей тока. В применении к макромолекулярным соединениям зонная модель предполагает движение носителей заряда по обобщенным энергетическим зонам я электронов всего полимера. С уменьшением перекрытия волновых функций я электронов ширина этих зон уменьшается, и в пределе они сводятся к энергетическим уровням проводимости или к большим эффективным массам [...]

    Смотреть »