单晶光电导体的显式增益方程

基于半导体薄膜、纳米线和二维原子层的光电导体已被广泛研究。但尚无显式光增益方程可用于拟合和设计这些器件的光响应。本工作中，我们基于实验观测成功推导了硅纳米线光电导体的显式光增益方程。硅纳米线通过标准光刻图形化绝缘体上硅晶圆的器件层并掺硼制备。发现所制备的硅纳米线具有约 32 nm 宽的表面耗尽区。该耗尽区保护沟道中的电荷载流子免受表面散射，导致电荷载流子迁移率与纳米线尺寸无关。这与我们的霍尔效应测量一致，但与过去几十年公认的结论——即由于表面散射，较小纳米线的电荷载流子迁移率更小——相矛盾。在光照下，耗尽区对数式变窄，纳米线沟道相应变宽。光霍尔效应测量表明，纳米线光电导并非由载流子浓度增加贡献，而是由纳米线沟道变宽贡献。因此，纳米线光电导体可建模为与纳米线表面附近浮动肖特基结相连的电阻器。基于肖特基结的光响应，我们推导了纳米线光电导体显式光增益方程，其为光照强度和器件物理参数的函数。增益方程与实验数据吻合良好，从中我们提取了与文献报道纳米线中少子寿命一致的少子寿命。