Объединив сканирующую электронную микроскопию с ультракороткими лазерными импульсами, исследователи из США показали, что кубический арсенид бора обладает важным свойством, которое можно использовать для создания более совершенных солнечных элементов и фотодетекторов. Усама Чоудри и коллеги из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Хьюстонского университета использовали сканирующую сверхбыструю электронную микроскопию (SUEM), чтобы подтвердить, что «горячие» электроны в полупроводниковом материале имеют длительный срок службы, что может быть полезно в широком диапазоне приложений. в электронике.
Кубический арсенид бора, иногда называемый «чудо-материалом», представляет собой полупроводниковый материал с несколькими многообещающими свойствами, которые могут привести к его широкому коммерческому использованию. Он является гораздо лучшим проводником тепла, чем кремний, поэтому его можно использовать для создания интегральных схем, которые упакованы вместе с более высокой плотностью и работают на более высоких частотах. Этот материал имеет подвижность электронов, сравнимую с кремнием, но гораздо более высокую подвижность дырок, чем кремний, — свойство, которое было бы полезно при разработке электронных устройств.
Теперь Чоудри и его коллеги показали, что кубический арсенид бора обладает еще одним полезным свойством: долгоживущими «горячими» электронами. Когда свет падает на полупроводник, он может вызвать возбуждение электронов с различным диапазоном энергий. Электроны с более низкой энергией могут существовать достаточно долго, чтобы их можно было собрать для создания электрического тока, который является основой для солнечных элементов и детекторов света. Однако в большинстве полупроводников горячие электроны с более высокой энергией имеют очень короткое время жизни и поэтому теряются до того, как их удается собрать.
Долгоживущие горячие электроны
Расчеты, проведенные в 2017 году, показали, что горячие электроны имеют относительно большое время жизни в кубическом арсениде бора. Однако ограничения в изготовлении и изучении кубических кристаллов арсенида бора затруднили подтверждение этого предсказания.
Полупроводник Champion может заменить кремний, говорят исследователи
В своем исследовании команда Чоудри использовала SUEM, который сочетает в себе временное разрешение ультракоротких лазерных импульсов с пространственным разрешением сканирующей электронной микроскопии. Метод включает в себя разделение лазерного импульса на две части. Первая часть импульса используется для возбуждения горячих электронов в высококачественном образце кубического арсенида бора, изготовленном командой из Хьюстона. После тщательно контролируемой задержки вторая часть импульса фокусируется на фотокатод. Это генерирует электронный импульс длительностью всего в несколько пикосекунд. Этот импульс используется электронным микроскопом для характеристики электронов в кубическом арсениде бора.
Изменяя задержку, команда смогла измерить время жизни быстрых электронов в образце, обнаружив, что они существуют более 200 пс, что намного дольше, чем у горячих носителей заряда в большинстве полупроводников, используемых в солнечных элементах. Исследователи говорят, что длительный срок службы предполагает, что кубический арсенид бора можно использовать для создания более качественных солнечных элементов, но для улучшения методов изготовления требуется гораздо больше работы.
Исследование описано в Вопрос.
