Pimeässä parempia epäorgaanisia puolijohteita

Epäorgaaniset puolijohteet ovat hauraita, mikä voi johtaa piirin toimintahäiriöihin ja rajoittaa niiden käyttöalueita, erityisesti joustavassa elektroniikassa.

Nagoyan yliopiston ryhmä havaitsi hiljattain, että epäorgaaninen puolijohde käyttäytyi eri tavoin pimeässä verrattuna valossa olevaan. He havaitsivat, että sinkkisulfidin (ZnS) kiteet olivat hauraita kun ne altistuvat valolle mutta ovat joustavia kun niitä pidetään pimeässä.

Epäorgaaniset puolijohdekiteet yleensä rikkoutuvat hauraalla tavalla. Tutkitut sinkkisulfidin kiteet (kuva A) kokevat täydellisen murtuman mekaanisissa testeissä tavallisissa valaistusolosuhteissa (B). Kuitenkin ZnS-kiteille voidaan tehdä plastinen muodonmuutos pitkin [001] suuntaa täydellisessä pimeydessä jopa huoneenlämpötilassa (C).

"Epäorgaanisten puolijohteiden mekaanisia ominaisuuksia koskevan täydellisen pimeyden vaikutusta ei ollut aiemmin tutkittu", kertoo yksi tutkimuksen kirjoittajista Atsutomo Nakamura. "Huomasimme, että ZnS-kiteet täydellisessä pimeydessä osoittivat paljon suurempaa plastisuutta kuin valaistuksessa."

Pimeässä ZnS-kiteiden muodonmuutos tapahtui plastisesti ilman murtumia, kunnes rasitus kasvoi 45 prosenttiin. Ryhmä kertoo ZnS-kiteiden lisääntyneen plastisuuden pimeässä johtuvan dislokaatioiden korkeasta liikkuvuudesta täydellisessä pimeydessä. Dislokaatiot ovat eräänlaisia kiteiden vikakohtia joiden tiedetään vaikuttavan kiteiden ominaisuuksiin. Valaistuksen aikana ZnS-kiteet olivat hauraita, koska niiden muodonmuutosmekanismi oli erilainen kuin pimeässä.

ZnS-kiteiden korkeaan plastisuuteen pimeässä liittyi huomattavaa kaistaeron vähenemistä muokatuissa kiteissä. Niinpä ZnS-kiteiden kaistaeroa ja toisaalta niiden sähkönjohtokykyä voidaan hallita mekaanisella muodonmuutoksella pimeässä.

Tutkijoiden tulokset viittaavat siihen, että epäorgaanisten puolijohteiden voimaa, haurautta ja johtavuutta voidaan säätää valoaltistuksella, mikä avaa mielenkiintoisen keinon elektroniikan epäorgaanisten puolijohteiden suorituskyvyn optimoimiseksi.