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A New Analytic Formula for Minority Carrier Decay Length Extraction from Scanning Photocurrent Profiles in Ohmic-Contact Nanowire Devices

机译：从欧姆接触纳米线器件中的扫描光电流曲线中提取少数载流子衰变长度的新解析公式。

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摘要

Spatially resolved current measurements such as scanning photocurrent microscopy (SPCM) have been extensively applied to investigate carrier transport properties in semiconductor nanowires. A traditional simple-exponential-decay formula based on the assumption of carrier diffusion dominance in the scanning photocurrent profiles can be applied for carrier diffusion length extraction using SPCM in Schottky-contact-based or p-n junction-based devices where large built-in electric fields exist. However, it is also important to study the electric-field dependent transport properties in widely used ohmic-contact nanowire devices where the assumption of carrier diffusion dominance is invalid. Here we derive an analytic formula for scanning photocurrent profiles in such ohmic-contact nanowire devices under uniform applied electric fields and weak optical excitation. Under these operation conditions and the influence of photo-carrier-induced electric field, the scanning photocurrent profile and the carrier spatial distribution strikingly do not share the same functional form. Instead, a surprising new analytic relation between the scanning photocurrent profile and the minority carrier decay length was established. Then the derived analytic formula was validated numerically and experimentally. This analytic formula provides a new fitting method for SPCM profiles to correctly determine the minority carrier decay length, which allows us to quantitatively evaluate the performance of nanowire-based devices.
机译：空间分辨电流测量（例如扫描光电流显微镜（SPCM））已被广泛应用于研究半导体纳米线中的载流子传输特性。基于扫描光电流曲线中载流子扩散优势的假设的传统简单指数衰减公式可用于在内部电场较大的基于肖特基接触或pn结的器件中使用SPCM进行载流子扩散长度提取存在。然而，在载流子扩散优势假设无效的广泛使用的欧姆接触纳米线器件中，研究与电场有关的传输特性也很重要。在这里，我们得出一个解析公式，用于在均匀施加的电场和弱光激发下扫描此类欧姆接触纳米线器件中的光电流曲线。在这些工作条件下，以及在光载流子感应电场的影响下，扫描光电流分布和载流子空间分布明显不具有相同的功能形式。相反，在扫描光电流分布和少数载流子衰减长度之间建立了令人惊讶的新解析关系。然后对导出的解析公式进行了数值和实验验证。该解析公式为SPCM轮廓提供了一种新的拟合方法，可以正确确定少数载流子的衰变长度，这使我们能够定量评估基于纳米线的器件的性能。

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