تخمين طول عمر و طول پخش الكترون در لايه هاي نيم رساناي نانو متخلخل به روش شبيه سازي گشت تصادفي در دو مقياس

Estimation of electron diffusion length and life-time in nano-porous semi-conductors with a two-scale random walk method

در اين پژوهش با استفاده از يك مدل دو-مقياسي، فرآيند پخش الكترون توام با بدام افتادن در يك لايه نيم رساناي نانومتخلخل و با در نظر گرفتن مراكز بازتركيب شبيه سازي مي شود. در مقياس اول نقش توزيع حالت هاي جاي گزيده از طريق تخمين زمان ماندگاري الكترون در هر نانوذره، با توجه به تعداد و آرايش همسايه هاي اول آن، محاسبه شده و در مقياس دوم الكترون روي يك خوشه تراوش كننده بي نظم از نانوذرات پخش مي شود. زمان ماندگاري الكترون در هر نانوذره به تعداد همسايگان اول آن بستگي دارد كه در مقياس اول محاسبه شده است. برخي از نانوذرات اين خوشه با احتمال از پيش تعريف شده اي داراي مراكز بازتركيب هستند. نتايج شبيه سازي هاي ما نشان مي دهند كه مدل دو-مقياسي در عين حال كه سرعت محاسبات را به شدت افزايش مي دهد، تخمين درستي از روند تغيير ضريب پخش برحسب تخلخل، كه در تطابق با مشاهدات تجربي است ارائه مي دهد.

In this study, we modified the two-scale method proposed by Ebrahimi and Koochi to simulate electron diffusion in a disordered nano-structured semiconductor and study the effect of recombination process in localized traps, on electron transport. In the first scale, we estimate the mean electron residence time for nano particles with an arbitrary coordination number. In the second scale, we estimate the electron lifetime when it travels through a disordered percolating cluster of nano particles. The electron residence time on each particle was evaluated in the first scale. Some of the nano particles have recombination centers. We find that while employing the two-scale method decreases the computational time drastically, it produces the correct dependence of diffusion coefficients on the material’s porosity.