Måling af halvledermaterialekvalitet er nu 100, 000 gange mere følsom

Den forbedrede kraft i den nye måleteknik til at karakterisere materialer i skalaer meget mindre end nogen nuværende teknologier vil fremskynde opdagelsen og undersøgelsen af ​​2-D, mikro- og nanoskala materialer.

At være i stand til nøjagtigt at måle halvlederegenskaber af materialer i små mængder hjælper ingeniører med at bestemme anvendelsesområdet, som disse materialer kan være egnede til i fremtiden, især da størrelsen på elektroniske og optiske enheder fortsat skrumper.

Daniel Wasserman, en lektor i Institut for Elektroteknik og Computer Engineering på Cockrell School of Engineering, ledet teamet, der byggede det fysiske system, udviklet måleteknikken i stand til at nå dette følsomhedsniveau og demonstrerede med succes dens forbedrede ydeevne. Deres arbejde blev rapporteret i dag i Naturkommunikation .

Teamets designtilgang var fokuseret på at udvikle evnen til at levere kvantitativ feedback om materialekvalitet, med særlige applikationer til udvikling og fremstilling af optoelektroniske enheder. Den demonstrerede metode er i stand til at måle mange af de materialer, som ingeniører mener, en dag vil være allestedsnærværende for næste generations optoelektroniske enheder.

Optoelektronik er undersøgelse og anvendelse af elektroniske enheder, der kan registrere og kontrollere lys. Optoelektroniske enheder, der registrerer lys, kendt som fotodetektorer, bruge materialer, der genererer elektriske signaler fra lys. Fotodetektorer findes i smartphone -kameraer, solceller og i de fiberoptiske kommunikationssystemer, der udgør vores bredbåndsnetværk. I et optoelektronisk materiale, den tid, elektronerne forbliver "fotoopspændte, "eller i stand til at producere et elektrisk signal er en pålidelig indikator for materialets potentielle kvalitet til fotodetekteringsapplikationer.

Den nuværende metode, der bruges til måling af bærerdynamikken, eller levetid, af fotoeksciterede elektroner er dyrt og komplekst og måler kun storstilet materialeprøver med begrænset nøjagtighed. UT -teamet besluttede at prøve at bruge en anden metode til at kvantificere disse levetider ved at placere små mængder af materialerne i specialdesignede mikrobølge resonator kredsløb. Prøver udsættes for koncentrerede mikrobølgefelter, mens de er inde i resonatoren. Når prøven rammes med lys, mikrobølge kredsløbssignalet ændres, og ændringen i kredsløbet kan aflæses på et standard oscilloskop. Forfaldet af mikrobølgesignalet indikerer fotoexciterede ladningsbæreres levetid i små mængder af det materiale, der er placeret i kredsløbet.

"Måling af forfaldet af det elektriske (mikrobølge) signal giver os mulighed for at måle materialernes bæretid med langt større nøjagtighed, "Sagde Wasserman." Vi har opdaget, at det er en enklere, billigere og mere effektiv metode end de nuværende fremgangsmåder. "

Bærerens levetid er en kritisk materialeparameter, der giver indsigt i et materiales overordnede optiske kvalitet, samtidig med at det bestemmer omfanget af applikationer, som et materiale kan bruges til, når det er integreret i en fotodetektor -enhedsstruktur. For eksempel, materialer, der har en meget lang levetid, kan være af høj optisk kvalitet og derfor meget følsomme, men er muligvis ikke nyttig til applikationer, der kræver høj hastighed.

"På trods af vigtigheden af ​​transportørens levetid, der er ikke mange, hvis nogen, kontaktfrie muligheder for karakterisering af materialer i små områder, såsom infrarøde pixels eller 2-D-materialer, som har fået popularitet og teknologisk betydning i de seneste år, "Sagde Wasserman.

Et område, der vil drage fordel af de virkelige anvendelser af denne teknologi, er infrarød detektion, en vital komponent i molekylær sansning, termisk billeddannelse og visse forsvars- og sikkerhedssystemer.

"En bedre forståelse af infrarøde materialer kan føre til innovationer inden for nattesynsbriller eller infrarød spektroskopi og sensingsystemer, "Sagde Wasserman.

Højhastighedsdetektorer, der opererer ved disse frekvenser, kan endda muliggøre udvikling af ledig kommunikation i infrarød lang bølgelængde-en teknologi, der muliggør trådløs kommunikation under vanskelige forhold, i rummet eller mellem bygninger i bymiljøer.