Sonderende halvlederkrystaller med en kugle af lys

Tohoku University forskere har udviklet en teknik ved hjælp af en hul kugle til at måle de elektroniske og optiske egenskaber ved store halvledende krystaller. Tilgangen, offentliggjort i tidsskriftet Applied Physics Express , forbedrer de nuværende fotoluminescensspektroskopiteknikker og kan føre til energibesparelser for masseproducenter, og dermed forbrugere, af strømudstyr.

Halvledende krystaller bruges til at fremstille elektroniske enheder som mikroprocessorchips og transistorer. Producenter skal være i stand til at opdage krystaldefekter og teste deres energiomsætningseffektivitet. En måde at gøre dette på er at måle deres 'interne kvanteeffektivitet', eller deres evne til at generere fotoner fra elektroner spændt af en elektrisk strøm eller en excitationslaser. Aktuelt tilgængelige metoder begrænser den prøvestørrelse, der kan testes ad gangen.

Avanceret materialeforsker Kazunobu Kojima fra Tohoku University og kolleger udtænkte en modificeret tilgang til fotoluminescensspektroskopi, der kan teste større prøver.

Standard fotoluminescensspektroskopi registrerer den relative mængde lys, der udsendes af en halvlederkrystal, når en excitationslaser lyser på den. Lysenergi går tabt gennem disse excitations- og emissionsprocesser, så forskere har eksperimenteret med fotoluminescensspektroskopi, der bruger en 'integrerende sfære' til at minimere tabet af fotoner, de elementære lyspartikler.

Integrerende kugler samler både excitationslyset og lyset fra en prøve, der ligger inde i det, hvor lyset diffus reflekteres indeni, indtil det bliver ensartet spredt. Den ensartede lysfordeling forbedrer nøjagtigheden og repeterbarheden af ​​intern kvanteeffektivitetstest. Men det betyder, at størrelsen af ​​den krystal, der testes, i sidste ende begrænses af kuglens størrelse.

Kojima og kolleger fandt ud af, at de stadig kunne teste den indre kvanteeffektivitet af en krystal, når den blev placeret direkte uden for kuglen, tillader større prøver at blive brugt.

De udførte deres test på en halvledende krystal kaldet galliumnitrid, som normalt bruges i lysdioder og forventes at blive brugt i elektroniske enheder på grund af dets overlegne egenskaber.

"Denne 'rundstrålende fotoluminescens'-spektroskopi kan bruges til at evaluere kvaliteten af ​​store krystaller eller halvlederplader, som er afgørende for masseproduktion af strømudstyr, "siger Kojima, tilføjer, at dette kan føre til energibesparelser og reducere produktionsomkostninger.