Ανάλυση και εφαρμογή σε πειραματικά δεδομένα της μεθόδου του διαμορφωμένου φωτορεύματος, για τον προσδιορισμό των παραμέτρων της πυκνότητας καταστάσεων ημιαγωγών, κατάλληλων για φωτοηλεκτρικές εφαρμογές

Abstract

This Thesis deals with the extraction of exact expressions of the out ofphase modulated photocurrent (MPC) of semiconductors, the so-called Y signal.From these expressions it is possible to extract a clear physical insight for all thephysical process involved in the MPC data. It is found that apart from the capturerate of the majority carriers into the probed gap states, additional mixedcontributions from the recombination processes of the free majority carrierswith trapped minority carriers may be important for the Y signal of lowerfrequencies. The above additional contributions prevent the extraction of areliable density of states (DOS). They become important as far as the capturecoefficient for the majority carriers of the recombination centers where theminority carriers are trapped is comparable or higher than that of therecombination centers were the majority carriers are trapped. In this case, therecombination rate is relatively high and the mixed contributions from therecombination processes can be detectable in the experimental Y signal and mayalso induce a phase lead. Taking advantage of this behavior it can be deducedinformation about the capture coefficients of the predominant recombinationcenters. Moreover, it can be deduced when the MPC data are appropriate toextract the accurate DOS parameters with confidence.Our analysis is applied to experimental MPC spectra of samples whichbelong to different classes of semiconductors. From the analysis of theexperimental data the trapping-detrapping process and possible contributionsfrom recombination process were resolved from which the basic DOSparameters were deduced.

Η διατριβή αυτή ασχολείται με την εξαγωγή επακριβών σχέσεων τουεκτός φάσης διαμορφωμένου φωτορεύματος (MPC) των ημιαγωγών, τοαποκαλούμενοYσήμα. Από τις σχέσεις αυτές μπορούμε να έχουμε μια καθαρήεσωτερική ματιά από φυσικής άποψης, όλων των διαδικασιών που σχετίζονταιμε ταMPCδεδομένα. Αποδεικνύεται ότι εκτός του ρυθμού σύλληψης τωνφορέων πλειονότητας στις εξεταζόμενες καταστάσεις σημαντικό ρόλο μπορούννα παίξουν στο σήμαYτης περιοχής ΧΣ επιπρόσθετες μεικτές συνεισφορές απότις διεργασίες επανασύνδεσης των ελεύθερων φορέων μειονότητας με τουςπαγιδευμένους φορείς μειονότητας. Αυτές οι επιπρόσθετες συνεισφορέςεμποδίζουν την εξαγωγή μιας αξιόπιστης πυκνότητας καταστάσεων (DOS),ενώ παίζουν σημαντικό ρόλο εφόσον ο συντελεστής σύλληψης των φορέωνμειονότητας των κέντρων επανασύνδεσης όπου αυτοί παγιδεύονται είναιπαραπλήσιος ή μεγαλύτερος από αυτόν των κέντρων επανασύνδεσης όπου οιφορείς πλειονότητας είναι παγιδευμένοι. Στην περίπτωση αυτή ο ρυθμόςεπανασύνδεσης είναι σχετικά υψηλός ενώ οι μεικτές συνεισφορές από τιςδιεργασίες επανασύνδεσης μπορούν να ανιχνευθούν στο πειραματικό σήμαYκαι μπορεί να προκαλέσουν μια φάση υστέρησης. Εκμεταλλευόμενοι τηνσυμπεριφορά αυτή μπορούμε να εξάγουμε πληροφορία σχετικά με τουςσυντελεστές σύλληψης των κυρίαρχων κέντρων επανασύνδεσης. Επιπλέον,μπορούμε να συμπεράνουμε πότε τα δεδομένα του διαμορφωμένουφωτορεύματος θεωρούνται κατάλληλα ώστε να εξάγουμε επακριβείς τιμές γιατιςDOSπαραμέτρους με ασφάλεια.Η ανάλυση μας εφαρμόζεται σε πειραματικά φάσματα δειγμάτωνMPCτα οποία ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες ημιαγωγών. Από την ανάλυσηαυτή προέκυψαν η διαδικασία παγίδευσης – απελευθέρωσης και οι συνεισφορέςαπό τις διεργασίες επανασύνδεσης, καθώς και οι βασικές παράμετροι τηςπυκνότητας των καταστάσεων.