Tynd kobberiodidfilm vil muliggøre bedre optoelektroniske enheder

En defekt-fri tynd film af kobber(II)iodid - bestående af kun én krystal - er blevet fremstillet af RIKEN-fysikere. Den atomisk flade prøve er et løft til at producere bedre halvledere.

Halvledere er kernen i mange optoelektroniske enheder, herunder lasere og lysemitterende dioder (LED'er). Ingeniører ville elske at bruge kobber(II)iodid - et eksempel på en halogenidforbindelse - til halvledere, fordi det er en fremragende leder, der er stabil over stuetemperatur. Problemet er, at det er svært at fremstille en ægte tynd film af kobber(II)iodid uden urenheder. Den sædvanlige metode involverer aflejring af filmen fra en opløsning. "Men en løsningsproces kan ikke lave en tynd film af høj kvalitet af kobberjodid, "siger Masao Nakamura fra RIKEN Center for Emergent Matter Science.

I stedet, Nakamura og hans medarbejdere brugte en alternativ teknik kendt som molekylær stråleepitaxi, hvor filmen gradvist vokser oven på et substrat, ved en forhøjet temperatur og i et vakuum. Molekylær stråleepitaxi er allerede almindeligt anvendt til fremstilling af halvledere. Men det er svært at bruge til kobberjodid, fordi materialet er meget flygtigt - hvilket betyder, at det let fordamper under processen, i stedet for at slå sig ned i en film. For at overvinde denne vanskelighed, holdet begyndte at dyrke deres film ved en lavere temperatur og øgede derefter temperaturen. "Denne to-trins proces, vi nyudviklede, var yderst effektiv, " siger Nakamura.

Holdet havde et andet trick til at hæve kvaliteten af ​​deres film. De valgte indiumarsenid som substrat, da dets gitterafstand er meget lig den for kobber(II)iodid. "Hvis gitterafstanden ikke stemmer godt overens, der vil dannes mange fejl i materialet, " forklarer Nakamura.

Nakamura og hans kolleger testede derefter renheden af ​​deres prøve ved hjælp af en teknik kaldet fotoluminescensspektroskopi, som involverer affyring af fotoner, eller partikler af lys, ved materialets overflade. Disse fotoner absorberes af materialet, exciterer dets elektroner til en højere energitilstand og får dem til at udsende nye fotoner (fig. 1). Overvågning af det udsendte lys gjorde det muligt for holdet at fastslå, at de havde skabt en enkelt-krystal film, fri for fejl. "Vi forventede, at kvaliteten ville blive bedre ved at bruge vores metode, " siger Nakamura. "Men resultaterne oversteg vores forventninger."

Nakamura og hans team planlægger nu at samle halvledere sammen af ​​forskellige halogenider og undersøge nye egenskaber, der opstår. "Vi vil udforske nye nye funktioner og fysik ved halogenidgrænseflader, "siger Nakamura.