On a Mathematical Model of the Diffusion of Excitons in a Semiconductor Taking into Account Their Variable Lifetime

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The time dependence of the concentration of nonequilibrium minority charge carriers generated in a homogeneous semiconductor material by a sharply focused electron beam, an electron probe, after the target irradiation is described. A mathematical model is constructed for the nonstationary diffusion of charged particles generated by a low-energy electron probe in a semiconductor target in the presence of two independent recombination channels of generated charge carriers in the target material. The use of a low-energy electron probe made it possible to use a two-dimensional mathematical model of diffusion in the simulation. As an initial condition in this model, the distribution of the concentration of nonequilibrium minority charge carriers under quasi-equilibrium conditions, before turning off the electron irradiation, is used. In the presence of two independent recombination channels, the profile of the decline in the concentration of nonequilibrium minority charge carriers in the target after the electron irradiation is turned off is described by the sum of two time-dependent exponents. This approach made it possible to obtain a solution to the differential equation for two-dimensional diffusion of charge carriers, taking into account their variable effective lifetime. The practical application of the developed mathematical model is implemented for the method of time-of-flight cathodoluminescence in describing the diffusion of excitons in single-crystal gallium nitride, taking into account the dependence of the concentration of generated excitons on time.

About the authors

E. V. Seregina

Bauman Moscow State Technical University (National Research University), Kaluga Branch

Author for correspondence.
Email: evfs@yandex.ru
Russia, 248000, Kaluga

M. A. Stepovich

Tsiolkovsky Kaluga State University

Email: evfs@yandex.ru
Russia, 248023, Kaluga

M. N. Filippov

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry RAS

Email: evfs@yandex.ru
Russia, 119991, Moscow

References

  1. Растровая электронная микроскопия для нанотехнологий. Методы и применение / Ред. Жу У., Уанга Ж.Л. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. 582 с.
  2. Goldstein J.I., Newbury D.E., Michael J.R., Ritchie N.W., Scott J.H.J., Joy D.C. Scanning electron microscopy and X-ray microanalysis. N.Y. Inc.: Springer-Verlag, 2018. 550 p.
  3. Конников С.Г., Сидоров А.Ф. Электронно-зондовые методы исследования полупроводниковых материалов и приборов. М.: Энергия, 1978. 135 с.
  4. Якимов Е.Б. // Кристаллография. 2021. Т. 66. № 4. С. 540. https://www.doi.org/10.31857/S0023476121040226
  5. Yacobi B.G., Holt D.B. Cathodoluminescence microscopy of inorganic solids. N.Y.: Plenum Press, 1990. 354 pp.
  6. Соломонов В.И., Михайлов С.Г. Импульсная катодолюминесценция и ее применение для анализа конденсированных веществ. Екатеринбург: НИСО УрО РАН, 2003. 181 с.
  7. Saparin G.V., Obyden S.K., Ivannikov P.V. // Scanning. 1996. V. 18. № 4. P. 281. https://www.doi.org/10.1002/sca.1996.4950180404
  8. Noltemeyer M., Bertram F., Hempel T., Bastek B., Polyakov A., Christen J., Brandt M., Lorenz M., Grundmann M. // J. Mater. Research. 2012. V. 27. Iss. 17. P. 2225.
  9. Поляков А.Н., Noltemeyer M., Hempel T., Christen J., Степович М.А. // Прикладная физика. 2012. № 6. С. 41.
  10. Поляков А.Н., Noltemeyer M., Hempel T., Christen J., Степович М.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2012. № 11. С. 35.
  11. Polyakov A.N., Smirnova A.N., Stepovich M.A., Turtin D.V. // Lobachevskii J. Math. 2018. V. 39. № 2. P. 259.
  12. Stepovich M.A., Turtin D.V., Seregina E.V., Polyakov A.N. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1203. P. 012095.
  13. Поляков А.Н., Noltemeyer M., Hempel T., Christen J., Степович М.А. // Прикладная физика. 2015. № 4. С. 11.
  14. Михеев Н.Н., Петров В.И., Степович М.А. // Известия АН СССР. Серия физическая. 1991. Т. 55. № 8. С. 1474.
  15. Туртин Д.В., Степович М.А., Калманович В.В., Серегина Е.В. // Проблемы математического анализа: Межвузовский сборник. 2021. Вып. 110. С. 89.
  16. Seregina E.V., Polyakov A.N., Stepovich M.A // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 955. P. 012032.
  17. Степович М.А., Серегина Е.В., Поляков А.Н., Лямина О.И. // Информатика и кибернетика. 2018. № 1(11). С. 100.
  18. Серегина Е.В., Степович М.А., Макаренков А.М. // Итоги науки и техники. Сер. Соврем. мат. и ее прил. Темат. обз. 2021. Т. 200. № 1(11). С. 105. https://www.doi.org/10.36535/0233-6723-2021-200-105-114
  19. Амрастанов А.Н., Серегина Е.В., Степович М.А., Филиппов М.Н. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2018. № 8. С. 48. https://www.doi.org/10.1134/S0207352818080036
  20. Поляков А.Н., Noltemeyer M., Hempel T., Christen J., Степович М.А. // Известия РАН. Серия физическая. 2012. Т. 76. № 9. С. 1082.
  21. Properties of Group III Nitrides / Ed. by Edgar J.H. London: INSPEC, 1994. 302 p.
  22. Properties, Processing and Application of GaN and Related Semiconductors / Ed. Edgar J.H. London: INSPEC, 1999. 830 p.
  23. Новиков Ю.А., Раков А.В., Филиппов М.Н. // Измерительная техника. 2004. № 5. С. 13.
  24. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа. М.: Физматлит, 2004. 572 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (489KB)
3.

Download (480KB)
4.

Download (60KB)

Copyright (c) 2023 Е.В. Серегина, М.А. Степович, М.Н. Филиппов

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».