ABD'deki araştırmacılar, taramalı elektron mikroskobunu ultra kısa lazer darbeleriyle birleştirerek, kübik bor arsenitin daha iyi güneş pilleri ve fotodetektörler oluşturmak için kullanılabilecek önemli bir özelliğe sahip olduğunu gösterdi. Usame Choudhry ve California Üniversitesi, Santa Barbara ve Houston Üniversitesi'nden meslektaşları, yarı iletken malzemedeki "sıcak" elektronların uzun ömürlü olduğunu doğrulamak için taramalı ultra hızlı elektron mikroskobu (SUEM) kullandılar; bu, çok çeşitli uygulamalarda yararlı olabilecek bir şey. elektronikte.
Bazen “harika malzeme” olarak da adlandırılan kübik bor arsenit, yaygın ticari kullanıma yol açabilecek birçok umut verici özelliğe sahip bir yarı iletken malzemedir. Silikondan çok daha iyi bir ısı iletkenidir, dolayısıyla daha yüksek yoğunluklarda bir araya toplanmış ve daha yüksek frekanslarda çalışan entegre devreler oluşturmak için kullanılabilir. Malzeme silikonla aynı düzeyde bir elektron hareketliliğine sahiptir, ancak silikondan çok daha yüksek bir delik hareketliliğine sahiptir; bu, elektronik cihazların tasarımında faydalı olabilecek bir özelliktir.
Şimdi Choudhry ve meslektaşları kübik bor arsenürün başka bir yararlı özelliğe daha sahip olduğunu gösterdi: uzun ömürlü "sıcak" elektronlar. Işık bir yarı iletken üzerine düştüğünde, çeşitli enerjilerdeki elektronların uyarılmasına neden olabilir. Düşük enerjili elektronlar, güneş pillerinin ve ışık dedektörlerinin temeli olan bir elektrik akımı oluşturmak için toplanabilecek kadar uzun süre varlığını sürdürebilir. Ancak yarı iletkenlerin çoğunda yüksek enerjili sıcak elektronların ömürleri çok kısadır ve bu nedenle toplanmadan önce kaybolurlar.
Uzun ömürlü sıcak elektronlar
2017 yılında yapılan hesaplamalar, sıcak elektronların kübik bor arsenitte nispeten uzun ömürlü olduğunu ortaya koydu. Ancak kübik bor arsenit kristallerinin üretimi ve incelenmesindeki sınırlamalar bu öngörünün doğrulanmasını zorlaştırmıştı.
Araştırmacılar, şampiyon yarı iletkenin silikonun yerini alabileceğini söylüyor
Choudhry'nin ekibi, çalışmalarında ultra kısa lazer darbelerinin zamansal çözünürlüğünü taramalı elektron mikroskobunun uzaysal çözünürlüğü ile birleştiren SUEM'i kullandı. Teknik, lazer darbesini iki parçaya bölmeyi içerir. Darbenin ilk kısmı, Houston ekibi tarafından yapılan yüksek kaliteli kübik bor arsenit örneğindeki sıcak elektronları uyarmak için kullanılıyor. Dikkatlice kontrol edilen bir gecikmenin ardından darbenin ikinci kısmı bir fotokatot üzerine odaklanır. Bu, yalnızca birkaç pikosaniye uzunluğunda bir elektron darbesi üretir. Bu darbe, kübik bor arsenitteki elektronları karakterize etmek için bir elektron mikroskobu tarafından kullanılır.
Ekip, gecikmeyi değiştirerek numunedeki hızlı elektronların ömrünü ölçebildi ve bunların, güneş pillerinde kullanılan çoğu yarı iletkendeki sıcak yük taşıyıcılarından çok daha uzun olan 200 ps'nin üzerinde kaldıklarını ortaya çıkardı. Araştırmacılar, uzun kullanım ömrünün kübik bor arsenitin daha iyi güneş pilleri yapmak için kullanılabileceğini gösterdiğini, ancak üretim tekniklerini geliştirmek için çok daha fazla çalışmaya ihtiyaç olduğunu söylüyor.
Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Mesele.
