محققان در ایالات متحده با ترکیب میکروسکوپ الکترونی روبشی با پالس های لیزری فوق کوتاه، نشان دادند که آرسنید بور مکعبی دارای خاصیت مهمی است که می تواند برای ایجاد سلول های خورشیدی و آشکارسازهای نوری بهتر استفاده شود. اسامه چودری و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، و دانشگاه هیوستون از میکروسکوپ الکترونی فوق سریع روبشی (SUEM) استفاده کردند تا تأیید کنند که الکترون‌های داغ در مواد نیمه‌رسانا طول عمر بالایی دارند – چیزی که می‌تواند در طیف وسیعی از کاربردها مفید باشد. در الکترونیک
آرسنید بور مکعبی که گاهی «مواد شگفت‌انگیز» نامیده می‌شود، یک ماده نیمه رسانا با چندین ویژگی امیدوارکننده است که می‌تواند منجر به استفاده تجاری گسترده از آن شود. این رسانای بسیار بهتری نسبت به سیلیکون برای گرما است، بنابراین می‌توان از آن برای ایجاد مدارهای مجتمعی استفاده کرد که در چگالی‌های بالاتر در کنار هم قرار می‌گیرند و در فرکانس‌های بالاتر کار می‌کنند. این ماده دارای تحرک الکترون است که همتراز با سیلیکون است، اما تحرک سوراخ بسیار بالاتری نسبت به سیلیکون دارد - خاصیتی که در طراحی دستگاه های الکترونیکی مفید است.
اکنون، چودری و همکارانش نشان داده‌اند که آرسنید بور مکعبی خاصیت مفید دیگری دارد: الکترون‌های «گرم» با عمر طولانی. هنگامی که نور بر روی یک نیمه هادی می افتد، می تواند باعث تحریک الکترون هایی با طیف وسیعی از انرژی شود. الکترون‌های با انرژی پایین‌تر می‌توانند برای مدت طولانی باقی بمانند تا بتوان آنها را برای ایجاد جریان الکتریکی جمع‌آوری کرد - که اساس سلول‌های خورشیدی و آشکارسازهای نور است. با این حال، در اکثر نیمه هادی ها، الکترون های داغ با انرژی بالاتر عمر بسیار کوتاهی دارند و بنابراین قبل از جمع آوری از بین می روند.
عمر طولانی الکترون های داغ
محاسبات انجام شده در سال 2017 نشان داد که الکترون های داغ در آرسنید بور مکعبی عمر نسبتاً طولانی دارند. با این حال، محدودیت در ساخت و مطالعه کریستال‌های آرسنید بور مکعبی، تایید این پیش‌بینی را دشوار کرده بود.
به گفته محققان، نیمه هادی قهرمان می تواند جایگزین سیلیکون شود
در مطالعه خود، تیم Choudhry از SUEM استفاده کرد که وضوح زمانی پالس های لیزری فوق کوتاه را با وضوح فضایی میکروسکوپ الکترونی روبشی ترکیب می کند. این تکنیک شامل تقسیم پالس لیزر به دو قسمت است. بخش اول پالس برای برانگیختن الکترون های داغ در یک نمونه با کیفیت بالا از آرسنید بور مکعبی که توسط تیم هیوستون ساخته شده است، استفاده می شود. پس از یک تاخیر به دقت کنترل شده، قسمت دوم پالس روی یک فوتوکاتد متمرکز می شود. این یک پالس الکترونی تولید می کند که تنها چند پیکو ثانیه طول دارد. این پالس توسط یک میکروسکوپ الکترونی برای مشخص کردن الکترون‌های موجود در آرسنید بور مکعبی استفاده می‌شود.
با تغییر تأخیر، تیم می‌تواند طول عمر الکترون‌های سریع نمونه را اندازه‌گیری کند و نشان دهد که آنها بیش از 200 ps باقی می‌مانند، که بسیار بیشتر از حامل‌های بار داغ در اکثر نیمه‌رساناهای مورد استفاده در سلول‌های خورشیدی است. محققان می گویند که طول عمر طولانی نشان می دهد که آرسنید بور مکعبی می تواند برای ساخت سلول های خورشیدی بهتر استفاده شود، اما برای بهبود تکنیک های ساخت به کار بسیار بیشتری نیاز است.
تحقیق در شرح داده شده است ماده.
