Yhdistämällä pyyhkäisyelektronimikroskoopin ultralyhyisiin laserpulsseihin, yhdysvaltalaiset tutkijat ovat osoittaneet, että kuutiomaisella booriarsenidilla on tärkeä ominaisuus, jota voitaisiin käyttää parempien aurinkokennojen ja valoilmaisimien luomiseen. Osama Choudhry ja kollegat Kalifornian yliopistosta Santa Barbarasta ja Houstonin yliopistosta käyttivät pyyhkäisyä ultranopeaa elektronimikroskopiaa (SUEM) vahvistaakseen, että puolijohdemateriaalin "kuumilla" elektroneilla on pitkä käyttöikä – mikä voisi olla hyödyllistä monissa sovelluksissa. elektroniikassa.
Joskus "ihmemateriaaliksi" kutsuttu kuutioinen booriarsenidi on puolijohdemateriaali, jolla on useita lupaavia ominaisuuksia, jotka voivat johtaa sen laajaan kaupalliseen käyttöön. Se on paljon parempi lämmönjohdin kuin pii, joten sitä voitaisiin käyttää integroitujen piirien luomiseen, jotka pakataan yhteen suuremmilla tiheyksillä ja toimivat korkeammilla taajuuksilla. Materiaalilla on piin tasoinen elektronien liikkuvuus, mutta sen aukkojen liikkuvuus on paljon suurempi kuin piillä – ominaisuus, joka olisi hyödyllinen elektroniikkalaitteiden suunnittelussa.
Nyt Choudhry ja kollegat ovat osoittaneet, että kuutiometrisellä booriarsenidilla on toinen hyödyllinen ominaisuus: pitkäikäiset "kuumat" elektronit. Kun valo putoaa puolijohteen päälle, se voi aiheuttaa elektronien virittymisen eri energioilla. Alemman energian elektronit voivat säilyä riittävän pitkään, jotta ne voidaan kerätä sähkövirran luomiseksi – joka on aurinkokennojen ja valoilmaisimien perusta. Useimmissa puolijohteissa korkean energian kuumien elektronien elinikä on kuitenkin hyvin lyhyt, ja siksi ne katoavat ennen kuin ne voidaan kerätä.
Pitkäikäiset kuumat elektronit
Vuonna 2017 tehdyt laskelmat viittaavat siihen, että kuumien elektronien käyttöikä kuutiometrisessä booriarsenidissa on suhteellisen pitkä. Kuitenkin rajoitukset kuutioisten booriarsenidikiteiden valmistuksessa ja tutkimisessa olivat vaikeuttaneet tämän ennusteen vahvistamista.
Champion-puolijohde voisi korvata piin, sanovat tutkijat
Tutkimuksessaan Choudhryn tiimi käytti SUEM:iä, joka yhdistää ultralyhyiden laserpulssien ajallisen resoluution pyyhkäisyelektronimikroskoopin spatiaaliseen resoluutioon. Tekniikka sisältää laserpulssin jakamisen kahteen osaan. Pulssin ensimmäistä osaa käytetään kuumien elektronien virittämiseen Houstonin tiimin valmistamassa laadukkaassa kuutiomaisessa booriarsenidinäytteessä. Huolellisesti kontrolloidun viiveen jälkeen pulssin toinen osa fokusoidaan fotokatodille. Tämä tuottaa elektronipulssin, joka on vain muutaman pikosekuntia pitkä. Tätä pulssia käytetään elektronimikroskoopilla kuutioisen booriarsenidin elektronien karakterisoimiseen.
Viivettä muuttamalla ryhmä pystyi mittaamaan näytteen nopeiden elektronien eliniän, mikä paljastaa, että ne säilyvät yli 200 ps:n ajan, mikä on paljon pidempi kuin kuuman varauksen kantajat useimmissa aurinkokennoissa käytetyissä puolijohteissa. Tutkijat sanovat, että pitkä käyttöikä viittaa siihen, että kuutiometristä booriarsenidia voitaisiin käyttää parempien aurinkokennojen valmistamiseen, mutta paljon enemmän työtä tarvitaan valmistustekniikoiden parantamiseksi.
Tutkimusta kuvataan asia.
