一种基于应力分布的电子收集器实现方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于应力分布的电子收集器实现方法，包括以下内容：1)根据半导体材料光生载流子寿命及扩散距离，确定电子收集区域；2)根据收集效果，采用光学变换原理设定三个电子迁移率值；3)根据设定的环形电子收集区域的径向电子迁移率ur和环向电子迁移率uθ分别得到A扇形区域和B扇形区域所对应的电子迁移率分布；4)根据计算得到的A扇形区域和B扇形区域的电子迁移率分布，通过半导体的迁移率大小和应力大小的关系，计算得到环形电子收集区域的A扇形区域和B扇形区域的应力分布；5)计算得到C区域的应力分布；6)根据求解得到应力分布，将各区域分别施加相应应力，即制作得到一电子收集器。本发明可以广泛应用于半导体器件、太阳能等领域。
【专利说明】-种基于应力分布的电子收集器实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体【技术领域】，特别是关于一种基于应力分布的电子收集器实现方 法。
【背景技术】
[0002] 目前，通过变换光学原理实现对场的操控成为电磁波、声波、热场、电场、磁场等领 域的热口。
[0003] 通过PN结结构实现电子和空穴的分离是过去几十年来非常重要的发明。作为电 子学、光电子学、光伏器件，PN结在现代信息科技和能源技术中扮演着极其重要的角色。通 常来说，PN结是通过两种不同性质的半导体材料（即P型半导体和N型半导体）的接触来 产生内建电场，从而对电子和空穴实现两个相反方向的作用力，最终实现电子和空穴的分 离。然而，PN结并非能够在所有的半导体材料中实现，另外，通过PN结实现电子空穴的分 离也有一些缺点，比如在有限的空间内积累载流子导致整流效应的延迟，即整流的高频截 止效应。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够避免高频截止效应的基于应力分布 的电子收集器实现方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取W下技术方案；一种基于应力分布的电子收集器实 现方法，其特征在于包括W下内容：1)根据半导体材料光生载流子寿命及扩散距离，确定 电子收集区域，具体过程为；1. 1)采用半导体材料制作一基底，根据半导体材料光生载流 子寿命及扩散距离，在基底上设置一环形电子收集区域，并将环形电子收集区域间隔分割 成若干扇形区域；1. 2)将所有扇形区域分别定义为A扇形区域和B扇形区域相间分布，环 形电子收集区域W外的区域定义为C区域；2)根据收集效果，采用光学变换原理设定H个 电子迁移率值，其中，H个电子迁移率值分别为环形电子收集区域周围的电子迁移率U。， 环形电子收集区域的径向电子迁移率UtW及环形电子收集区域的环向电子迁移率y e ; 3)根据设定的环形电子收集区域的径向电子迁移率Uf和环向电子迁移率Ue分别得到A扇 形区域和B扇形区域所对应的电子迁移率分布；4)根据计算得到的A扇形区域和B扇形区 域的电子迁移率分布，通过半导体的迁移率大小和应力大小的关系，计算得到环形电子收 集区域的A扇形区域和B扇形区域的应力分布；5)根据环形电子收集区域周围的电子迁移 率U。，通过半导体的迁移率大小和应力大小的关系，计算得到C区域的应力分布；6)根据 求解得到的A扇形区域、B扇形区域W及C区域的应力分布，将各区域分别施加相应应力， 即制作得到一电子收集器。
[0006] 所述步骤2) H个电子迁移率值满足如下关系：
[0007] ^1^0 = 11〇2且^,〉^9。
[0008] 所述步骤3)中的A扇形区域和B扇形区域所对应的电子迁移率分布y A和Wc为：
[誦]扯么+么 八- /'I /'? 阳 010] J A+ J B
[0011] 式中，fA是整个A扇形区域占环形电子收集区域的体积比，fc是整个B扇形区域 占环形电子收集区域的体积比。
[0012] 所述基底选择娃、错、神化嫁和碳化娃中的一种。
[0013] 本发明由于采取W上技术方案，其具有W下优点：1、本发明的电子收集器能够使 半导体中不同区域实现不同的应力分布，从而产生设定的电子迁移率分布，当外加光源产 生光生载流子时，能够将扩散的电子实现收集效果，电子收集器内部的电子浓度是其他区 域电子浓度的几倍到几十倍，从而达到控制电子实现电子空穴分离的作用。2、本发明的电 子收集器对于各种材料都适合，而且没有高频截止效应。3、传统的基于PN结原理的电子空 穴分离是通过两种不同惨杂性质的半导体接触实现内建电场从而实现对电子空穴的分离， 而本发明只需要在同一种半导体材料中通过施加应力便能够实现对电子在特定区域的收 集，从而实现了电子空穴的分离，因此本发明具有对所有半导体材料的普适性。本发明可W 广泛应用于半导体器件、太阳能等领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的空间坐标变换示意图；
[0015] 图2是本发明的实施例一电子收集器结构示意图，其中，电子从电子收集器的左 边进入扩散，图（a)为环形电子收集区域分布示意图，"国"表示A扇形区域，"C□"表示 B扇形区域，"三"表示C区域；图化）为电子浓度示意图；
[0016] 图3是本发明的实施例二电子收集器结构示意图，其中，电子从电子收集器的左 边进入扩散，图（a)为环形电子收集区域分布示意图，"国"表示A扇形区域，"CD"表示 B扇形区域，""表示C区域；图化）为电子浓度示意图。
【具体实施方式】
[0017] W下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更 好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
[0018] 本发明根据光学变换原理通过设计空间中的电子空穴迁移率分布实现对电子在 特定区域汇集。光学变换的基本原理可W归纳为：坐标变换不改变麦克斯韦方程的形式，只 改变其中的基本参数和场值。通过光学变换原理，可W实现对物理场的操控；众所周知，物 质的扩散可W用菲克定理来描述，那么可W将光学变换的基本原理引入扩散场，实现对扩 散的控制。
[0019] 对于静态菲克定律，其扩散方程可W表示为：
[0020] ▽.值▽ C) = 0
[0021] 在变换空间里，则可W表示为：
【权利要求】
1. 一种基于应力分布的电子收集器实现方法，其特征在于包括以下内容： 1) 根据半导体材料光生载流子寿命及扩散距离，确定电子收集区域，具体过程为： 1. 1)采用半导体材料制作一基底，根据半导体材料光生载流子寿命及扩散距离，在基 底上设置一环形电子收集区域，并将环形电子收集区域间隔分割成若干扇形区域； 1. 2)将所有扇形区域分别定义为A扇形区域和B扇形区域相间分布，环形电子收集区 域以外的区域定义为C区域； 2) 根据收集效果，采用光学变换原理设定三个电子迁移率值，其中，三个电子迁移率值 分别为环形电子收集区域周围的电子迁移率μ环形电子收集区域的径向电子迁移率 以及环形电子收集区域的环向电子迁移率μe ; 3) 根据设定的环形电子收集区域的径向电子迁移率和环向电子迁移率ue分别得到 A扇形区域和B扇形区域所对应的电子迁移率分布； 4) 根据计算得到的A扇形区域和B扇形区域的电子迁移率分布，通过半导体的迁移率 大小和应力大小的关系，计算得到环形电子收集区域的A扇形区域和B扇形区域的应力分 布； 5) 根据环形电子收集区域周围的电子迁移率Utl，通过半导体的迁移率大小和应力大 小的关系，计算得到C区域的应力分布； 6) 根据求解得到的A扇形区域、B扇形区域以及C区域的应力分布，将各区域分别施加 相应应力，即制作得到一电子收集器。
2. 如权利要求1所述的一种基于应力分布的电子收集器实现方法，其特征在于：所述 步骤2)三个电子迁移率值满足如下关系： μΓμθ=μ〇2?μΓ>μθ〇
3. 如权利要求1所述的一种基于应力分布的电子收集器实现方法，其特征在于：所述 步骤3)中的A扇形区域和B扇形区域所对应的电子迁移率分布μ4和μΒ* :
式中，fA是整个A扇形区域占环形电子收集区域的体积比，fB是整个B扇形区域占环 形电子收集区域的体积比。
4. 如权利要求2所述的一种基于应力分布的电子收集器实现方法，其特征在于：所述 步骤3)中的A扇形区域和B扇形区域所对应的电子迁移率分布μ4和μΒ* :
式中，fA是整个A扇形区域占环形电子收集区域的体积比，fB是整个B扇形区域占环 形电子收集区域的体积比。
5. 如权利要求1?4任一项所述的一种基于应力分布的电子收集器实现方法，其特征 在于：所述基底选择娃、锗、砷化镓和碳化娃中的一种。
【文档编号】H01L31/10GK104465847SQ201410814988
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】周济, 兰楚文, 李勃 申请人:清华大学