จากการรวมกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดเข้ากับพัลส์เลเซอร์แบบ ultrashort นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้แสดงให้เห็นว่าคิวบิกโบรอนอาร์เซไนด์มีคุณสมบัติสำคัญที่สามารถนำมาใช้ในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์และตัวตรวจจับแสงที่ดีขึ้น อุซามะห์ ชูดรี และเพื่อนร่วมงานที่ University of California, Santa Barbara และ University of Houston ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนความเร็วสูง (SUEM) เพื่อยืนยันว่าอิเล็กตรอน "ร้อน" ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์มีอายุการใช้งานยาวนาน ซึ่งเป็นสิ่งที่มีประโยชน์ในการใช้งานที่หลากหลาย ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
บางครั้งถูกขนานนามว่าเป็น "วัสดุมหัศจรรย์" คิวบิกโบรอนอาร์เซไนด์เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายประการซึ่งอาจนำไปสู่การใช้เชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลาย เป็นตัวนำความร้อนที่ดีกว่าซิลิกอนมาก ดังนั้นจึงสามารถใช้สร้างวงจรรวมที่มีความหนาแน่นสูงกว่าและทำงานที่ความถี่สูงกว่าได้ วัสดุนี้มีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในระดับเดียวกับซิลิคอน แต่มีการเคลื่อนที่ของรูที่สูงกว่าซิลิคอนมาก ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่มีประโยชน์ในการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ตอนนี้ Choudhry และเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็นว่าคิวบ์โบรอนอาร์เซไนด์มีคุณสมบัติที่มีประโยชน์อีกอย่างคือ อิเล็กตรอน "ร้อน" ที่มีอายุยืนยาว เมื่อแสงตกกระทบสารกึ่งตัวนำ จะทำให้เกิดการกระตุ้นของอิเล็กตรอนด้วยช่วงของพลังงาน อิเล็กตรอนพลังงานต่ำสามารถคงอยู่ได้นานพอที่จะรวบรวมเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์และตัวตรวจจับแสง อย่างไรก็ตาม ในเซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ อิเล็กตรอนร้อนพลังงานสูงจะมีอายุการใช้งานที่สั้นมาก ดังนั้นจึงสูญเสียไปก่อนที่จะถูกรวบรวมได้
อิเล็กตรอนร้อนที่มีอายุยืนยาว
การคำนวณในปี 2017 ชี้ให้เห็นว่าอิเล็กตรอนร้อนมีอายุการใช้งานค่อนข้างนานในคิวบิกโบรอนอาร์เซไนด์ อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดในการสร้างและศึกษาผลึกคิวบิกโบรอนอาร์เซไนด์ทำให้ยากต่อการยืนยันคำทำนายนี้
นักวิจัยเผยว่าสารกึ่งตัวนำแชมป์เปี้ยนสามารถทดแทนซิลิกอนได้
ในการศึกษาของพวกเขา ทีมของ Choudhry ใช้ SUEM ซึ่งรวมความละเอียดชั่วคราวของพัลส์เลเซอร์ที่สั้นมากเข้ากับความละเอียดเชิงพื้นที่ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการแยกพัลส์เลเซอร์ออกเป็นสองส่วน ส่วนแรกของพัลส์ถูกใช้เพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนร้อนในตัวอย่างคุณภาพสูงของคิวบิกโบรอนอาร์เซไนด์ซึ่งผลิตโดยทีมฮุสตัน หลังจากการหน่วงเวลาที่มีการควบคุมอย่างระมัดระวัง ส่วนที่สองของพัลส์จะถูกโฟกัสไปที่โฟโตแคโทด สิ่งนี้สร้างพัลส์อิเล็กตรอนที่มีความยาวเพียงไม่กี่พิโควินาที พัลส์นี้ใช้โดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเพื่อระบุลักษณะของอิเล็กตรอนในคิวบิกโบรอนอาร์เซไนด์
โดยการเปลี่ยนการหน่วงเวลา ทีมงานสามารถวัดอายุการใช้งานของอิเล็กตรอนเร็วในตัวอย่างได้ ซึ่งเผยให้เห็นว่าพวกมันคงอยู่นานกว่า 200 ps ซึ่งยาวนานกว่าตัวพาประจุร้อนในเซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ นักวิจัยกล่าวว่าอายุการใช้งานที่ยาวนานบ่งชี้ว่าคิวบิกโบรอนอาร์เซไนด์สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดีขึ้นได้ แต่จำเป็นต้องมีการทำงานอีกมากเพื่อปรับปรุงเทคนิคการผลิต
งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน เรื่อง.
