Combinând microscopia electronică cu scanare cu impulsuri laser ultrascurte, cercetătorii din SUA au arătat că arseniura de bor cubic are o proprietate importantă care ar putea fi folosită pentru a crea celule solare și fotodetectoare mai bune. Usama Choudhry și colegii de la Universitatea din California, Santa Barbara și de la Universitatea din Houston au folosit microscopia electronică ultrarapidă cu scanare (SUEM) pentru a confirma că electronii „fierbinți” din materialul semiconductor au durate de viață lungi – ceva care ar putea fi util într-o gamă largă de aplicații în electronică.
Denumit uneori un „material minune”, arseniura de bor cubic este un material semiconductor cu câteva proprietăți promițătoare care ar putea duce la utilizarea sa comercială pe scară largă. Este un conductor de căldură mult mai bun decât siliciul, așa că ar putea fi folosit pentru a crea circuite integrate care sunt împachetate împreună la densități mai mari și rulează la frecvențe mai mari. Materialul are o mobilitate a electronilor care este egală cu siliciul, dar are o mobilitate a găurilor mult mai mare decât siliciul - o proprietate care ar fi utilă în proiectarea dispozitivelor electronice.
Acum, Choudhry și colegii săi au arătat că arseniura de bor cubic are o altă proprietate utilă: electronii „fierbinți” cu viață lungă. Când lumina cade pe un semiconductor, aceasta poate provoca excitarea electronilor cu o gamă de energii. Electronii cu energie inferioară pot persista suficient de mult pentru a putea fi colectați pentru a crea un curent electric – care este baza pentru celulele solare și detectoarele de lumină. Cu toate acestea, în majoritatea semiconductorilor, electronii fierbinți cu energie mai mare au durate de viață foarte scurte și, prin urmare, se pierd înainte de a putea fi colectați.
Electroni fierbinți cu viață lungă
Calculele efectuate în 2017 au sugerat că electronii fierbinți au durate de viață relativ lungi în arseniura de bor cubic. Cu toate acestea, limitările în fabricarea și studiul cristalelor de arseniură de bor cubic au făcut dificilă confirmarea acestei predicții.
Semiconductorul campion ar putea înlocui siliciul, spun cercetătorii
În studiul lor, echipa lui Choudhry a folosit SUEM, care combină rezoluția temporală a impulsurilor laser ultrascurte cu rezoluția spațială a microscopiei electronice de scanare. Tehnica implică împărțirea pulsului laser în două părți. Prima parte a pulsului este folosită pentru a excita electroni fierbinți într-o probă de înaltă calitate de arseniură de bor cubic, care a fost produsă de echipa Houston. După o întârziere atent controlată, a doua parte a pulsului este focalizată pe un fotocatod. Acest lucru generează un impuls de electroni care are doar câteva picosecunde. Acest impuls este folosit de un microscop electronic pentru a caracteriza electronii din arseniura cubică de bor.
Schimbând întârzierea, echipa ar putea măsura durata de viață a electronilor rapizi din probă, dezvăluind că aceștia persistă peste 200 ps, ceea ce este mult mai lung decât purtătorii de sarcină fierbinte din majoritatea semiconductorilor utilizați în celulele solare. Cercetătorii spun că durata lungă de viață sugerează că arseniura de bor cubic ar putea fi folosită pentru a face celule solare mai bune, dar este nevoie de mult mai multă muncă pentru a îmbunătăți tehnicile de fabricație.
Cercetarea este descrisă în materie.
