Gennembrud skabt ved påvisning af kulstof -urenheder i galliumnitridkrystaller via lys

Kulstofrenhed har længe hindret effektiviteten i nitridbaserede elektroniske og optiske enheder. Men forskere ved Tohoku University, har opdaget en metode, der hurtigt kan opdage kulstofrenhed ved hjælp af lys.

Brugen af ​​blå og hvide lysemitterende dioder (LED'er), der bruger nitridhalvledere- specifikt indiumgalliumnitrid (InGaN) og galliumnitrid (GaN)- har ført til en kraftig stigning i energieffektiviteten. Naturligt, forskere har forsøgt at replikere dette i optiske og elektroniske applikationer ved hjælp af nitridhalvledere. Imidlertid, et fælles problem opstår på grund af kulstofrenhed, hvilket forringer ydelsen markant.

Carbon urenhed fører til dybe fælder, en uønsket elektronisk defekt, hvorved ydelsen reduceres væsentligt. Imidlertid, detektering af kulstofrenhed i halvlederkrystaller er en tidskrævende og dyr proces. Nogle metoder nødvendiggør oprettelse af yderligere elektroder på krystallen. Dermed, øge omkostninger og hæmme inspektionshastigheden. Andre metoder resulterer i brud på nitridkrystaller; derfor, gør krystallerne ubrugelige.

Alligevel, Lektor for Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials ved Tohoku University, Kazunobu Kojima og hans team løste dette problem ved at skabe en måde at identificere kulstofrenhed ved hjælp af en sonderingsteknik ved hjælp af lys, der ikke får fysisk kontakt med krystallerne. Teknikken hedder omnidirektional fotoluminescens (ODPL) spektroskopi.

ODPL -processen involverer først og fremmest belysning af en krystal, såsom GaN, via eksternt lys. Det ydre lys absorberes af krystallen, derved stimulere det. For at vende tilbage til sin oprindelige tilstand, derfor, krystallen skaber et lys for at sprede overskydende energi.

Ved hjælp af ODPL muliggøres hurtig evaluering af fotoluminescenseffektivitet med høj nøjagtighed. Da kulstofrenhed reducerer fotoluminescenseffektiviteten, forskere kan også bestemme kulstofkoncentrationen ved at vurdere PL -effektiviteten.

Professor Kojima forklarede fordelene ved et sådant system. "Optiske sonderingsteknologier er yderst fordelagtige på grund af deres ikke -destruktive karakter. Ved at bruge lys, vi kan derfor, hjælpe med at opdage kulstofrenhed, som i sidste ende er en sådan hindring for GaN -enheder, såsom lysdioder og effekttransistorer. "

En ekstra fordel ved ODPL-spektroskopi er, at det ikke kun er begrænset til nitrid-halvlederbaseret applikation. Det kan kontrollere alle lysemitterende materialer, der indeholder optiske og elektroniske egenskaber. Et eksempel ville være perovskitter, som i øjeblikket bruges til fremstilling af højeffektive solceller.