IQE-kurven opnået ved ODPL-spektroskopi (venstre). Y-aksen repræsenterer IQE-procenten, den nederste X-akse repræsenterer excitationslysets effekttæthed Pcw (W cm -2 ), mens den øvre X-akse repræsenterer excitationshastigheden G (sek -1 cm -2 ). Den adskilte lysemitteringshastighed (WR) og ikke-lysemitterende hastighed (WNR) (højre). Y-aksen repræsenterer det omvendte af hastigheden (ns), den nedre X-akse repræsenterer excitationslysets effekttæthed Ppulse (nJ/cm2), mens den øvre X-akse repræsenterer den exciterede bærerkoncentration nini (cm -2 ). Kredit:Tohoku University
Meget effektive elektroniske og optiske enheder er afgørende for at reducere energiforbruget og for realiseringen af et miljøvenligt samfund.
ZnO er et attraktivt materiale blandt direkte-båndgap-halvledere. De har lysemitterende egenskaber samt sejhed til at opretholde et stort elektrisk felt, der gør dem i stand til at drive elektroniske enheder på grund af deres store båndgab-energi og store exciton-bindingsenergi. Dette gør dem også velegnede i strålingsbestandige tyndfilmtransistorer og heterostrukturfelteffekttransistorer.
I højkvalitets ZnO-krystaller, ikke-strålende rekombinationscentre (NRC'er) er vigtige for near-band-edge (NBE) emissionen. Disse centre fungerer som uønskede energispredningskanaler og reducerer IQE af NBE-emissionen.
For at forstå, om den lysemitterende proces eller den ikke-lysemitterende proces var vigtigere for at bestemme adfærden af IQE, Kojima og hans kolleger målte IQE-værdierne for ZnO-krystal dyrket ved den hydrotermiske metode. For at gøre det, de brugte en teknik skabt af Kojima og andre forskere kendt som omnidirektionel fotoluminescens (ODP) spektroskopi - en ikke-destruktiv metode til at sondere halvledende krystaller med lys for at opdage defekter og urenheder.
IQE-egenskaberne i ZnO-krystaller blev undersøgt under fotopumpeforhold. IQE -værdier angav en konstant adfærd for svage fotopumpningstilstande og en monoton stigning for stærk excitation. Fordi der blev observeret et signifikant fald for den ikke-lysemitterende proces med fotopumpning, oprindelsen af IQE-stigningen viste sig at være domineret af decelerationen af den ikke-lysemitterende proces på grund af mætning af NRC'er.
"At opnå en kvantitativ opdeling af IQE fra begge processer giver os mulighed for bedre at designe halvledere for at forbedre IQE, " sagde professor Kazunobu Kojima, hovedforfatter til undersøgelsen.