Forskere forbedrer metoden til at sondere halvledende krystaller med lys for at opdage defekter og urenheder

Forskere fra Tohoku University har forbedret en metode til at sondere halvledende krystaller med lys for at opdage defekter og urenheder. Detaljerne om deres omnidirektionelle fotoluminescens (ODPL) spektroskopi-opsætning blev offentliggjort i tidsskriftet Anvendt Fysik Express , og kunne være med til at forbedre fremstillingen af ​​materialer til elbiler og solceller.

"Vores teknik kan teste materialer ved meget lave temperaturer og kan finde selv små mængder fejl og urenheder, " siger Tohoku Universitys materialeforsker Kazunobu Kojima.

Kojima og hans kolleger demonstrerede deres tilgang ved hjælp af galliumnitridkrystaller. Galliumnitrid er en halvledende krystal, der har været brugt i energibesparende lysdioder (LED'er) siden 2000'erne. Det har interessante optiske og elektroniske egenskaber, gør det attraktivt for mange applikationer, inklusive strømskiftende enheder i elektriske køretøjer. Men det kan udvikle defekter og urenheder under dets fremstilling, som kan påvirke ydeevnen. Aktuelt tilgængelige metoder til at teste disse krystaller er dyre eller for invasive.

ODPL spektroskopi, på den anden side, er en ikke-invasiv teknik, der kan teste krystallerne, men kun ved stuetemperatur. At kunne ændre krystallens temperatur er vigtigt for korrekt at teste dens egenskaber.

Kojima og hans kolleger fandt en måde at sætte et ODPL-instrument op, så krystallen kan afkøles. Processen involverer at placere en galliumnitridkrystal på en aluminiumsplade forbundet til en køleanordning. Dette er placeret under en "integrerende sfære, " som opsamler lys, der kommer fra mange retninger. Ydre lys skinner gennem kuglen på krystallen, spændende det. Krystallen udsender lys tilbage i kuglen for at vende tilbage til sin oprindelige uophidsede tilstand. De to lys, fra den eksterne kilde og krystallen, er integreret i kuglen og målt af en detektor. Resultatet afslører krystallens "indre kvanteeffektivitet, "som reduceres, hvis den indeholder fejl og urenheder, og kan måles selv ved meget lave temperaturer.

Holdets modifikation - at placere krystallen uden for kuglen og forbinde den med noget, der afkøler den - betyder, at temperaturændringen kun sker i krystallen og ikke inden for kuglen. Forskerne var i stand til at måle den interne kvanteeffektivitet af galliumnitridprøver ved hjælp af denne teknik ved temperaturer fra -261°C til omkring 27°C.

"Vi planlægger næste gang at bruge vores metode til at teste andre materialer, såsom perovskiter til brug i højeffektive solceller og bornitrid som et atomisk tyndt todimensionelt materiale, " siger Kojima.