Elokuva valoherätteisistä varauksista

UC Santa Barbaran tutkijat ovat saaneet aikaan ensimmäisen "elokuvan" sähkövarauksista, jotka kulkevat kahden eri puolijohdemateriaalin rajapinnan poikki.

Käyttämällä Bolin Liaon laboratoriossa kehitettyä skannaavaa ultranopea elektronimikroskopiaa (SUEM) tutkimusryhmä on ensimmäistä kertaa visualisoinut ohikiitävän ilmiön suoraan.

Aurinkokennoissa elektronien liike ja eroaminen vastakkaisesti varautuneista aukoista luo virran, joka voidaan valjastaa sähkölaitteiden käyttöön.

Nämä valovirittyneet kantajat menettävät kuitenkin suurimman osan energiastaan pikosekunneissa, joten tavanomaisen aurinkosähkön keräämä energia on vain murto-osa energiasta, joka näillä kantajilla on "kuumassa" tilassaan, ennen kuin ne jäähtyvät ja vapauttavat suurimman osan energiastaan ylimääräisenä hukkalämpönä.

Vaikka niiden kuumassa tilassa on paljon potentiaalia esimerkiksi energiatehokkuuteen, se asettaa puolijohdemateriaalille myös haasteita, kuten lämpöä, joka voi vaikuttaa laitteen suorituskykyyn.

Kuumia kantajia tutkijat visualisoivat piin ja germaniumin heteroliitoksesta.

Tutkijoiden kuvantamistekniikan avain on ultranopeiden laserpulssien käyttö pikosekuntisena sulkimena, jotka laukaisevat elektronisäteen skannatakseen materiaalipintoja, joiden läpi kuumat valonkantajat kulkevat optisen pumppusäteen virittämänä.

"Todella jännittävä asia tässä työssä on se, että pystyimme visualisoimaan, kuinka syntyneet varaukset, todella siirtyvät liitoksen yli", sanoo apulaisprofessori Bolin Liao yliopistonsa tiedotteessa. Tuloksena olevissa kuvissa näkyy kyseiset valokantajat, kun ne diffusoituvat puolijohdemateriaalista toiseen.

”Jos virität varauksia tasaisilla pii- tai germaniumalueilla, kuumat kantajat liikkuvat erittäin nopeasti; niillä on aluksi erittäin suuri nopeus korkean lämpötilansa vuoksi", Liao selittää. "Mutta jos virität varauksen lähellä liitosta, osa kantajista jää liitospotentiaalin loukkuun, mikä hidastaa niitä." Loukkuun jääneet kuumat varaukset heikentävät kantajien liikkuvuutta, mikä voi vaikuttaa negatiivisesti sellaisten laitteiden suorituskykyyn, jotka erottavat ja keräävät kuumia varauksia.

Tätä Si/Ge-heteroliitoksissa tapahtuva varauksen ansoittumista voidaan ymmärtää puolijohdeteorialla, mutta oli silti silmiinpistävää tarkkailla sitä suoraan kokeellisesti, Liao toteaa. "Emme odottaneet pystyvämme kuvaamaan tätä vaikutusta suoraan", hän sanoi ja lisäsi, että puolijohdelaitteiden suunnittelijat saattavat haluta käsitellä tätä ilmiötä.

Aiheesta aiemmin:

Kuumien kantajien lupaus plasmonisissa nanorakenteissa

Kolme kertaa piitä parempi

Kuumat elektronit hyötykäyttöön