Mediante la combinación de microscopía electrónica de barrido con pulsos láser ultracortos, los investigadores de EE. UU. han demostrado que el arseniuro de boro cúbico tiene una propiedad importante que podría usarse para crear mejores células solares y fotodetectores. Usama Choudry y sus colegas de la Universidad de California, Santa Bárbara y la Universidad de Houston utilizaron microscopía electrónica ultrarrápida de barrido (SUEM) para confirmar que los electrones "calientes" en el material semiconductor tienen una vida útil prolongada, algo que podría ser útil en una amplia gama de aplicaciones. en electronica
A veces denominado "material maravilloso", el arseniuro de boro cúbico es un material semiconductor con varias propiedades prometedoras que podrían conducir a su uso comercial generalizado. Es un conductor de calor mucho mejor que el silicio, por lo que podría usarse para crear circuitos integrados que se agrupan en densidades más altas y funcionan a frecuencias más altas. El material tiene una movilidad de electrones que está a la par con el silicio, pero tiene una movilidad de huecos mucho mayor que el silicio, una propiedad que sería útil en el diseño de dispositivos electrónicos.
Ahora, Choudhry y sus colegas han demostrado que el arseniuro de boro cúbico tiene otra propiedad útil: electrones "calientes" de larga duración. Cuando la luz cae sobre un semiconductor, puede provocar la excitación de electrones con un rango de energías. Los electrones de menor energía pueden persistir durante el tiempo suficiente para que puedan recolectarse para crear una corriente eléctrica, que es la base de las células solares y los detectores de luz. Sin embargo, en la mayoría de los semiconductores, los electrones calientes de mayor energía tienen una vida útil muy corta y, por lo tanto, se pierden antes de que puedan recolectarse.
Electrones calientes de larga vida
Los cálculos realizados en 2017 sugirieron que los electrones calientes tienen una vida útil relativamente larga en el arseniuro de boro cúbico. Sin embargo, las limitaciones en la fabricación y el estudio de los cristales de arseniuro de boro cúbico dificultaron la confirmación de esta predicción.
El semiconductor campeón podría reemplazar al silicio, dicen los investigadores
En su estudio, el equipo de Choudhry utilizó SUEM, que combina la resolución temporal de los pulsos láser ultracortos con la resolución espacial de la microscopía electrónica de barrido. La técnica consiste en dividir el pulso láser en dos partes. La primera parte del pulso se usa para excitar electrones calientes en una muestra de alta calidad de arseniuro de boro cúbico que fue fabricada por el equipo de Houston. Después de un retraso cuidadosamente controlado, la segunda parte del pulso se enfoca en un fotocátodo. Esto genera un pulso de electrones que dura solo unos pocos picosegundos. Este pulso es utilizado por un microscopio electrónico para caracterizar los electrones en el arseniuro de boro cúbico.
Al cambiar el retraso, el equipo pudo medir la vida útil de los electrones rápidos en la muestra, revelando que persisten por más de 200 ps, que es mucho más que los portadores de carga caliente en la mayoría de los semiconductores utilizados en las células solares. Los investigadores dicen que la larga vida útil sugiere que el arseniuro de boro cúbico podría usarse para fabricar mejores células solares, pero se necesita mucho más trabajo para mejorar las técnicas de fabricación.
La investigación se describe en Materia.
