_ O nouă cercetare demonstrează cum se studiază concentrații scăzute de electroni în peliculele complexe de oxid

Semiconductorii din electronica modernă se bazează pe cantități mici de elemente de impurități adăugate, numite dopanți, care modifică capacitatea materialului de a conduce electricitatea. Deși rolul acestor dopanți este adesea simplu, acesta nu este întotdeauna cazul. Electronii de la dopanți din oxizi complecși se pot comporta în moduri semnificativ diferite față de cei din semiconductori convenționali, cum ar fi siliciul.

Cercetătorii care studiază ce se întâmplă în aceste materiale se bazează de obicei pe spectroscopia fotoelectronilor, care măsoară electronii eliminați. a atomilor prin unde luminoase de înaltă energie. Cu toate acestea, această tehnică necesită ca atomul de interes să fie prezent la sau peste un procent din material pentru un semnal detectabil. Dopanții din mulți semiconductori sunt mult sub aceste niveluri, ceea ce face dificilă obținerea de date despre ei.

Un nou studiu publicat în Physical Review Materials utilizează spectroscopie de fotoemisie rezonantă bazată pe raze X pentru a analiza electronii ușor dopați. oxid de stronțiu titan pe siliciu (STO/Si). Cercetătorii au putut să sondeze și să identifice diferitele locații și energii ale electronilor din dopantul primar din STO/Si. Nivelul de dopant a fost în miimi de procent – ​​substanțial mai mic decât poate fi studiat folosind spectroscopia fotoelectronică convențională.

În sistemul STO/Si, electronii „liberi” și cei mobili pot fi unul dintre cele trei tipuri primare. Acestea îi includ pe cei din filmul STO de la dopantul STO primar, pe cei din dopantul STO care sunt prinși la suprafața filmului STO și pe cei care sar din dopantul de siliciu în STO. În această nouă lucrare, cercetătorii au putut să vadă diferențe între stările electronilor dopanți din STO.

În straturile STO studiate, dopantul nu este un atom nou adăugat la material, ci este un atom ( oxigen) lipsă din material. Aceste locuri libere de oxigen lasă în urmă doi electroni care pot conduce electricitatea. Cu toate acestea, acești doi electroni pot interacționa puternic unul cu celălalt, creând o structură electronică mai complicată.

Prin spectroscopie de fotoemisie cu raze X rezonante, echipa ar putea sonda separat diferitele stări care conțin electronii din locurile libere de oxigen. . Experimentul a fost conceput pentru a examina doar straturile superioare ale materialului, evitând zonele mai adânci în care se află electronii dopanți din siliciu. Acest lucru creează o simplificare atât de necesară și le permite cercetătorilor să se concentreze în mod special pe electronii din locurile libere de oxigen.

Cercetătorii au descoperit că electronii prinși la suprafață au o energie subtil diferită de electronii care se mișcă liber în interiorul organismul STO. Cunoașterea peisajului energetic îi ajută pe cercetători să înțeleagă modul în care captarea electronilor la suprafață afectează conductivitatea electrică generală a STO.

„Această abordare este incredibil de puternică”, a spus autorul principal, Scott Chambers, membru de laborator la Pacific Northwest National. Laborator. „Am putut „vedea” electronii prinși la suprafață în STO/Si pentru prima dată. Sper că alții vor folosi această abordare pentru a investiga diferiți semiconductori ușor dopați cu structuri electronice complexe.”

Lucrarea a fost realizat în colaborare cu cercetătorii de la Universitatea din Texas-Arlington și Diamond Light Source.

(Fluierul)