Dengan menggabungkan pemindaian mikroskop elektron dengan pulsa laser ultrashort, para peneliti di AS telah menunjukkan bahwa arsenida boron kubik memiliki sifat penting yang dapat digunakan untuk membuat sel surya dan fotodetektor yang lebih baik. Usama Choudhry dan rekannya di University of California, Santa Barbara, dan University of Houston menggunakan scanning ultrafast electron microscopy (SUEM) untuk mengonfirmasi bahwa elektron “panas” dalam bahan semikonduktor memiliki masa pakai yang lama – sesuatu yang dapat berguna dalam berbagai aplikasi dalam elektronik.
Kadang-kadang dijuluki sebagai "bahan ajaib", boron arsenida kubik adalah bahan semikonduktor dengan beberapa sifat menjanjikan yang dapat digunakan secara komersial secara luas. Ini adalah penghantar panas yang jauh lebih baik daripada silikon, sehingga dapat digunakan untuk membuat sirkuit terintegrasi yang dikemas bersama pada kepadatan yang lebih tinggi dan beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi. Material tersebut memiliki mobilitas elektron yang setara dengan silikon, tetapi memiliki mobilitas lubang yang jauh lebih tinggi daripada silikon – suatu sifat yang akan berguna dalam mendesain perangkat elektronik.
Sekarang, Choudhry dan rekan telah menunjukkan bahwa boron arsenida kubik memiliki sifat berguna lainnya: elektron “panas” berumur panjang. Ketika cahaya jatuh pada semikonduktor dapat menyebabkan eksitasi elektron dengan berbagai energi. Elektron berenergi lebih rendah dapat bertahan cukup lama sehingga dapat dikumpulkan untuk menciptakan arus listrik – yang menjadi dasar sel surya dan detektor cahaya. Namun, di sebagian besar semikonduktor, elektron panas berenergi lebih tinggi memiliki masa hidup yang sangat singkat dan karena itu hilang sebelum dapat dikumpulkan.
Elektron panas berumur panjang
Perhitungan yang dilakukan pada tahun 2017 menunjukkan bahwa elektron panas memiliki masa hidup yang relatif lama dalam kubik boron arsenida. Namun, keterbatasan dalam membuat dan mempelajari kristal boron arsenida kubik telah mempersulit untuk mengkonfirmasi prediksi ini.
Semikonduktor juara bisa menggantikan silikon, kata para peneliti
Dalam penelitian mereka, tim Choudhry menggunakan SUEM, yang menggabungkan resolusi temporal pulsa laser ultrashort dengan resolusi spasial pemindaian mikroskop elektron. Teknik ini melibatkan pemisahan pulsa laser menjadi dua bagian. Bagian pertama dari pulsa digunakan untuk membangkitkan elektron panas dalam sampel arsenida boron berkualitas tinggi yang dibuat oleh tim Houston. Setelah penundaan yang dikontrol dengan hati-hati, bagian kedua dari pulsa difokuskan ke photocathode. Ini menghasilkan pulsa elektron yang panjangnya hanya beberapa pikodetik. Pulsa ini digunakan oleh mikroskop elektron untuk mengkarakterisasi elektron dalam arsenida boron kubik.
Dengan mengubah penundaan, tim dapat mengukur masa pakai elektron cepat dalam sampel, mengungkapkan bahwa mereka bertahan selama lebih dari 200 ps, yang jauh lebih lama daripada pembawa muatan panas di sebagian besar semikonduktor yang digunakan dalam sel surya. Para peneliti mengatakan bahwa masa pakai yang lama menunjukkan bahwa boron arsenida kubik dapat digunakan untuk membuat sel surya yang lebih baik, tetapi masih banyak pekerjaan yang diperlukan untuk meningkatkan teknik fabrikasi.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam hal.
