A pásztázó elektronmikroszkóppal ultrarövid lézerimpulzusokkal kombinálva az amerikai kutatók kimutatták, hogy a köbös bór-arzenid fontos tulajdonsággal rendelkezik, amellyel jobb napelemek és fotodetektorok hozhatók létre. Osama Choudhry és munkatársai a Kaliforniai Egyetemen (Santa Barbara) és a Houstoni Egyetemen pásztázó ultragyors elektronmikroszkóppal (SUEM) igazolták, hogy a félvezető anyagában lévő „forró” elektronok élettartama hosszú – ami az alkalmazások széles körében hasznos lehet. az elektronikában.
A néha „csodaanyagnak” nevezett köbös bór-arzenid olyan félvezető anyag, amely számos ígéretes tulajdonsággal rendelkezik, amelyek széles körű kereskedelmi felhasználáshoz vezethetnek. Sokkal jobb hővezető, mint a szilícium, ezért felhasználható integrált áramkörök létrehozására, amelyek nagyobb sűrűséggel vannak összecsomagolva, és magasabb frekvencián futnak. Az anyag elektronmobilitása megegyezik a szilíciummal, de sokkal nagyobb a lyukmozgékonysága, mint a szilíciumé – ez a tulajdonság az elektronikai eszközök tervezésénél hasznos lenne.
Most Choudhry és munkatársai kimutatták, hogy a köbös bór-arzenidnek van egy másik hasznos tulajdonsága: a hosszú életű „forró” elektronok. Amikor a fény egy félvezetőre esik, az elektronok gerjesztését okozhatja különböző energiákkal. Az alacsonyabb energiájú elektronok elég sokáig fennmaradhatnak ahhoz, hogy összegyűjtve elektromos áramot hozzanak létre – ez a napelemek és fénydetektorok alapja. A legtöbb félvezetőben azonban a nagyobb energiájú forró elektronok élettartama nagyon rövid, ezért az összegyűjtésük előtt elvesznek.
Hosszú életű forró elektronok
A 2017-ben végzett számítások azt sugallták, hogy a forró elektronok viszonylag hosszú élettartamúak köbös bór-arzenidben. A köbös bór-arzenid kristályok előállításának és tanulmányozásának korlátai azonban megnehezítették ennek az előrejelzésnek a megerősítését.
A kutatók szerint a Champion félvezető helyettesítheti a szilíciumot
Tanulmányukban Choudhry csapata a SUEM-et használta, amely az ultrarövid lézerimpulzusok időbeli felbontását kombinálja a pásztázó elektronmikroszkópia térbeli felbontásával. A technika magában foglalja a lézerimpulzus két részre osztását. Az impulzus első részét forró elektronok gerjesztésére használják a houstoni csapat által készített jó minőségű köbös bór-arzenid mintában. Gondosan ellenőrzött késleltetés után az impulzus második része egy fotokatódra fókuszál. Ez csak néhány pikoszekundum hosszúságú elektronimpulzust generál. Ezt az impulzust egy elektronmikroszkóp használja a köbös bór-arzenid elektronjainak jellemzésére.
A késleltetés megváltoztatásával a csapat megmérhette a mintában lévő gyors elektronok élettartamát, és kiderült, hogy több mint 200 ps-ig fennmaradnak, ami jóval hosszabb, mint a legtöbb napelemekben használt félvezető forró töltéshordozói. A kutatók szerint a hosszú élettartam azt sugallja, hogy a köbös bór-arzenid felhasználható jobb napelemek előállítására, de sokkal több munkára van szükség a gyártási technikák javításához.
A kutatás leírása a Anyag.
