Ühendades skaneeriva elektronmikroskoopia ultralühikeste laserimpulssidega, on USA teadlased näidanud, et kuupboorarseniidil on oluline omadus, mida saaks kasutada paremate päikesepatareide ja fotodetektorite loomiseks. Osama Choudhry ja kolleegid California ülikoolist, Santa Barbarast ja Houstoni ülikoolist, kasutasid skaneerivat ülikiire elektronmikroskoopiat (SUEM), et kinnitada, et pooljuhtmaterjali "kuumadel" elektronidel on pikk eluiga – see võib olla kasulik paljudes rakendustes. elektroonikas.
Mõnikord nimetatakse seda imematerjaliks, kuubikboorarseniid on pooljuhtmaterjal, millel on mitmeid paljutõotavaid omadusi, mis võivad viia selle laialdase kaubandusliku kasutamiseni. See on palju parem soojusjuht kui räni, nii et seda saab kasutada integraallülituste loomiseks, mis on kokku pakitud suurema tihedusega ja töötavad kõrgematel sagedustel. Materjalil on elektronide liikuvus, mis on võrdne räniga, kuid sellel on palju suurem aukude liikuvus kui ränil – see omadus oleks kasulik elektroonikaseadmete projekteerimisel.
Nüüd on Choudhry ja tema kolleegid näidanud, et kuupmeetril boorarseniidil on veel üks kasulik omadus: pikaealised "kuumad" elektronid. Kui valgus langeb pooljuhile, võib see põhjustada elektronide ergastamist erineva energiaga. Madalama energiaga elektronid võivad püsida piisavalt kaua, nii et neid saab koguda elektrivoolu tekitamiseks, mis on päikeseelementide ja valgusdetektorite aluseks. Kuid enamikus pooljuhtides on kõrgema energiaga kuumadel elektronidel väga lühike eluiga ja seetõttu kaovad nad enne nende kogumist.
Pikaealised kuumad elektronid
2017. aastal tehtud arvutused näitasid, et kuumadel elektronidel on kuupmeetrises boorarseniidis suhteliselt pikk eluiga. Kuid piirangud kuupmeetri boorarseniidi kristallide valmistamisel ja uurimisel muutsid selle ennustuse kinnitamise keeruliseks.
Tšempionpooljuht võiks asendada räni, väidavad teadlased
Oma uuringus kasutas Choudhry meeskond SUEM-i, mis ühendab ultralühikeste laserimpulsside ajalise eraldusvõime skaneeriva elektronmikroskoopia ruumilise eraldusvõimega. Tehnika hõlmab laserimpulsi jagamist kaheks osaks. Impulsi esimest osa kasutatakse kuumade elektronide ergutamiseks kuupmeetrilise boorarseniidi kõrgekvaliteedilises proovis, mille valmistas Houstoni meeskond. Pärast hoolikalt kontrollitud viivitust fokusseeritakse impulsi teine osa fotokatoodile. See tekitab elektronimpulsi, mis on vaid mõne pikosekundi pikkune. Seda impulssi kasutab elektronmikroskoop, et iseloomustada kuupmeetrises boorarseniidis olevaid elektrone.
Viivitust muutes saaks meeskond mõõta proovis olevate kiirete elektronide eluiga, mis näitab, et need püsivad üle 200 ps, mis on palju pikem kui enamiku päikesepatareides kasutatavate pooljuhtide kuumad laengukandjad. Uurijad ütlevad, et pikk eluiga viitab sellele, et kuupmeetrist boorarseniidi saab kasutada paremate päikesepatareide valmistamiseks, kuid tootmistehnikate täiustamiseks on vaja palju rohkem tööd.
Uuringut kirjeldatakse artiklis küsimus.
