Forskere rapporterer høj bærermobilitet af kubisk borarsenid

Cubic boron arsenid (c-BAs), en halvleder med ultrahøj termisk ledningsevne sammenlignelig med diamant, har tiltrukket bred opmærksomhed siden 2018, hvor mange mennesker spekulerer på, om den er egnet til transistorer.

Forskere, der forsøgte at besvare dette spørgsmål, målte Hall-effekten for en enkelt krystal af c-BA'er i 2021 og opnåede det skuffende lave mobilitetstal på 22 cm ² V ^-1 s ^-1 . Derudover viste deres resultater en enorm uoverensstemmelse mellem den teoretiske mobilitetsværdi på 1400 cm ² V ^-1 s ^-1 for elektroner og 2110 cm ² V ^-1 s ^-1 for huller.

I en undersøgelse offentliggjort i Science , Liu Xinfengs gruppe fra National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) under det kinesiske videnskabsakademi (CAS) og samarbejdspartnere fra University of Houston har nu opnået nøjagtige mobilitetstal for c-BA'er. De fandt ud af, at den ambipolære mobilitet af c-BA'er er omkring 1550 cm ² V ^-1 s ^-1 og mere end 3000 cm ² V ^-1 s ^-1 for varme transportører med meget højere mobilitet.

Forskerne brugte en karakteristisk optisk teknik kaldet transient reflektivitetsmikroskopi til at overvåge bærerdiffusion i c-BA'er.

Denne tekniske opsætning, bygget af Yue Shuai fra Lius gruppe, giver in-situ carrier diffusion visualisering med spatiotemporal opløsning i nanometer og femtosekunder. Bærere blev exciteret af en femtosekundlaser, som skabte en forbigående reflektivitetsændring, der blev detekteret af en tidsforsinket femtosekundlaser (sondestråle).

Probestrålen blev udvidet til et bredt belysningsfelt; således kunne bærernes spatiotemporale dynamik visualiseres direkte. Ved at justere energien af ​​excitationslaseren under eller over båndgabet, kunne intrinsiske bærere og varme bærere exciteres, henholdsvis. Indre bærermobilitet på omkring 1550 cm ² V ^-1 s ^-1 blev målt og matchede teoretiske forudsigelser godt.

På grund af ultrasvag elektron-phonon og phonon-phonon kobling, en langtidsholdbar hot carrier med mobilitet større end 3000 cm ² V ^-1 s ^-1 blev yderligere opnået.

Forskerne sagde, at den enorme forskel mellem Hall-effektmålingen og den optiske måling skyldtes den brede fordeling af defekter i prøven. Med andre ord var kun et lille område rent nok til bærerdiffusion.

"Efter et års hårdt arbejde fandt vi endelig regionen," sagde Yue, første forfatter af papiret. "Den var for lille til Hall-målingen."

Liu sagde, at c-BA'ers høje mobilitet og ultrahøje termiske ledningsevne gør det til et "lovende materiale" inden for det brede felt af elektriske kredsløb og vil bidrage til at forbedre CPU-hastigheder. + Udforsk yderligere

Fotoinduceret stor polarontransport og dynamik i organisk-uorganisk hybrid blyhalogenidperovskit