ویفرهای سیلیکونی و سلول های خورشیدی سیلیکونی به ترتیب نمایندگان معمولی مواد نیمه هادی و دستگاه های نیمه هادی هستند. پارامترهای مشخصه نیمه هادی عملکرد مواد و دستگاه های آنها را اندازه گیری و مشخص می کند. با توجه به اینکه حامل های بار حامل های عملکردی مواد و وسایل نیمه هادی هستند، حرکت آنها باعث ایجاد جریان و میدان الکتریکی می شود. در عین حال، حامل های بار دارای ویژگی هایی مانند لومینسانس و تابش حرارتی هستند. بنابراین، پارامترهای حامل بار مبنایی برای مشخص کردن ویژگیهای انتقال حاملهای بار در مواد و دستگاههای نیمهرسانا هستند و جزء مهمی از پارامترهای مشخصه ویفرهای سیلیکونی و سلولهای خورشیدی سیلیکونی هستند. هنگامی که ویفرهای سیلیکونی برای تشکیل سلولهای خورشیدی سیلیکونی پردازش و تولید میشوند، تفاوت در اتصال pn و سطح فرمی منجر به جداسازی حامل و تشکیل ولتاژ میشود که به نوبه خود ویژگیهای ولت آمپر سلولهای خورشیدی را از طریق پارامترهای عملکرد الکتریکی مانند جریان اشباع، ضریب پرکننده و ضریب فوتوالکتریک منعکس میکند و بر آن تأثیر میگذارد. بر اساس تحلیل فوق، پارامترهای مشخصه اصلی ویفرهای سیلیکونی شامل پارامترهای حامل است.
حامل ها به حامل های اکثریت و حامل های اقلیت شامل الکترون ها و حفره ها تقسیم می شوند. انتشار و رانش حامل های بار مبنای انتقال جریان در دستگاه های نیمه هادی را تشکیل می دهد. پارامترهای انتقال حامل پارامترهای اساسی هستند که حرکت و غلظت حاملها را توصیف میکنند، که عمدتاً شامل طول عمر حامل، ضریب انتشار و نرخهای نوترکیبی سطح جلو و عقب است. این پارامترها به طور مستقیم خواص فیزیکی و الکتریکی مواد نیمه هادی را منعکس می کنند که بر غلظت و تحرک حامل تأثیر می گذارد. غلظت دوپینگ پارامتر مهم دیگری است که غلظت حامل را تعیین می کند و بر پارامترهایی مانند مقاومت ماده و طول عمر حامل و تعیین عملکرد دستگاه تأثیر می گذارد.
غلظت حامل
اکثر دستگاه های نیمه هادی، دستگاه های حامل اقلیت هستند، مانند سلول های خورشیدی سیلیکونی. پارامترهای حامل که بعداً در این مقاله ذکر شد، همه پارامترهای حامل اقلیت هستند. در حالت تعادل حرارتی، نیمه هادی ها دارای غلظت مساوی از حفره ها و الکترون ها هستند و در حالت ثابت هستند. هنگامی که نیمه هادی ها در معرض محرک های خارجی (مانند نور، الکتریسیته، گرما و غیره) قرار می گیرند، در حالت غیرتعادلی قرار می گیرند، با افزایش الکترون ها و حفره ها، و حامل های بار اضافی را تشکیل می دهند. طول عمر حامل های بار به میانگین مدت زمان وجود حامل های بار اضافی اشاره دارد و غلظت حامل های بار از قانون فروپاشی نمایی پیروی می کند.
طول عمر حامل
طول عمر حامل را می توان بر اساس نوع نوترکیبی حامل به طول عمر نوترکیبی تابشی، طول عمر نوترکیبی اوگر و طول عمر نوترکیبی شاکلی رید هال (SRH) تقسیم کرد. طول عمر حامل پارامتر مهمی است که غلظت نقص مواد و دستگاه ها را منعکس می کند و همچنین یک شاخص مهم برای اندازه گیری سرعت سوئیچینگ دستگاه، بهره جریان، ولتاژ و سایر مشخصات است. همچنین نقش مهمی در راندمان الکترو{2} نوری و تبدیل نوری دستگاه های نوری الکترونیکی مانند لیزرهای نیمه هادی، آشکارسازهای نوری و سلول های خورشیدی ایفا می کند.
نرخ نوترکیبی سطحی
حامل ها هم در داخل و هم روی سطح مواد دوباره ترکیب می شوند. سرعت نوترکیبی سطحی (ها) کمیت فیزیکی است که سرعتی را که در آن حامل های بار روی یک سطح دوباره ترکیب می شوند را توصیف می کند. هر چه طول عمر کامپوزیت سطحی بیشتر باشد، نرخ کامپوزیت سطحی کمتر و بالعکس، نرخ کامپوزیت سطحی بیشتر می شود. ناهمواری سطح، پیوندهای آویزان سطح، و سایر ویژگی ها و حالت های فیزیکی سطح، عوامل کلیدی موثر بر سرعت نوترکیبی سطح هستند. نرخ نوترکیب سطحی یک پارامتر عملکرد مهم است که کیفیت سطح مواد را مشخص می کند.
طول عمر موثر
طول عمر حامل موثر پارامتری است که طول عمر انبوه و طول عمر نوترکیب سطحی را ترکیب میکند و مشخصه طول عمر کلی حامل یک نمونه خاص است. در حال حاضر، بیشتر فناوریهای تشخیص، طول عمر حامل را به عنوان طول عمر حامل مؤثر تشخیص میدهند، که نمیتواند طول عمر عمده و نرخ نوترکیبی سطحی را از هم جدا کند. بنابراین، تجزیه و تحلیل اثرات فرآیندهای تصفیه سطح، نقص های حجیم و دوپینگ بر عملکرد ویفرهای سیلیکونی و سلول های خورشیدی یک به یک دشوار است.
ضریب انتشار
ضریب انتشار (D) یک کمیت فیزیکی است که سرعت عبور حامل های بار از یک رابط در واحد زمان و مساحت را مشخص می کند. ضریب انتشار و طول عمر حامل به طور مشترک طول انتشار حامل را تعیین می کنند که یک پارامتر معمولی برای ارزیابی خواص مواد است. هرچه طول انتشار حامل بیشتر باشد، کیفیت مواد بهتر است. برای سلولهای خورشیدی، هرچه طول انتشار حامل بیشتر باشد، جداسازی و جمعآوری حامل بهتر است و راندمان تبدیل فوتوالکتریک بالاتر است.
دوپینگ
دوپینگ: گامی کلیدی در تولید نیمه هادی
دوپینگ یک مرحله ضروری در شکل گیری نیمه هادی های کاربردی است و غلظت دوپینگ تأثیر قابل توجهی بر مقاومت و پارامترهای انتقال حامل دارد. نیمه هادی های ذاتی، یعنی نیمه هادی های بدون لایه، مقاومت الکتریکی بسیار بالایی در دمای اتاق دارند. با افزایش غلظت دوپینگ، مقاومت الکتریکی کاهش می یابد و طول عمر حامل و طول انتشار به تدریج کاهش می یابد.
