_ 14 parametri dintr-o singură dată: instrument nou pentru optoelectronică

Un fizician HZB a dezvoltat o nouă metodă pentru caracterizarea cuprinzătoare a semiconductorilor într-o singură măsurătoare. „Constant Light-Induced Magneto-Transport (CLIMAT)” se bazează pe efectul Hall și permite înregistrarea a 14 parametri diferiți ai proprietăților de transport ale purtătorilor de sarcină negativă și pozitivă.

Metoda a fost testată acum pe douăsprezece materiale semiconductoare diferite și va economisi timp prețios în evaluarea noilor materiale pentru aplicații optoelectronice, cum ar fi celulele solare.

Celulele solare, tranzistoarele, detectoarele, senzorii și LED-urile au toate un lucru în comun: sunt fabricate a materialelor semiconductoare ale căror purtători de sarcină sunt eliberați numai atunci când sunt loviți de lumină (fotoni). Fotonii scot electronii (purtători de sarcină negativă) din orbitele lor, care se deplasează prin material până când sunt capturați din nou după un anumit timp.

Simultan, se creează găuri în locurile în care electronii lipsesc— aceste găuri se comportă ca purtători de sarcină încărcați pozitiv și sunt, de asemenea, importante pentru performanța aplicației respective. Comportamentul purtătorilor de sarcină negativă și pozitivă din semiconductori diferă adesea în ordine de mărime în ceea ce privește mobilitatea, lungimile de difuzie și durata de viață.

Până în prezent, parametrii proprietăților de transport trebuiau determinați separat pentru fiecare. tip de încărcare, folosind diferite metode de măsurare.

Ca parte a bursei sale postdoctorale Maria Skłodowska Curie, fizicianul HZB Dr. Artem Musiienko a dezvoltat acum o nouă metodă care poate înregistra toți cei 14 parametri ai purtătorilor de sarcină pozitivă și negativă într-o singură măsurare.

„Constant Light-Induced Magneto-Transport (CLIMAT)” folosește un câmp magnetic vertical prin eșantion și o sursă de lumină constantă pentru separarea sarcinii. Purtătorii de sarcină se deplasează de-a lungul unui câmp electric și sunt deviați de câmpul magnetic perpendicular pe direcția lor de mișcare (efectul Hall) în funcție de masa, mobilitatea și alte proprietăți.

Un total de 14 proprietăți diferite pot fi să fie determinate din semnale și, în special, din diferențele dintre semnalele diferiților purtători de sarcină, a arătat Musiienko cu un mic sistem de ecuații.

„CLIMAT oferă astfel o perspectivă cuprinzătoare asupra mecanismelor complicate ale transport de sarcină, atât purtători de sarcină pozitivă, cât și negativă, cu o singură măsurătoare. Acest lucru ne permite să evaluăm mult mai rapid noile tipuri de materiale semiconductoare, de exemplu, pentru adecvarea lor ca celule solare sau pentru alte aplicații", spune Musiienko.

Pentru a demonstra aplicabilitatea largă a noii metode, echipele de cercetare de la HZB, Universitatea din Potsdam și alte instituții din SUA, Elveția, Marea Britanie și Ucraina au folosit-o acum pentru a caracteriza un total de douăsprezece foarte diferite. materiale semiconductoare, inclusiv siliciu, filme de halogenură de perovskit, semiconductori organici precum Y6, semiizolatori, monostraturi auto-asamblate și nanoparticule. Rezultatele au fost acum publicate în Nature Communications.

Experți independenți precum prof. Vitaly Podzorov de la Universitatea Rutgers, SUA, au acordat metodei CLIMAT 15 din 16 puncte în Nature Electronics și consideră că noua metodă este inovatoare. .

În special, CLIMAT elimină mulți dintre pașii necesari anterior pentru diferite măsurători, economisind astfel timp prețios. La începutul anului 2024, metoda CLIMAT a fost aprobată pentru brevetare de către Oficiul European de Brevete sub numărul EP23173681.0. „În prezent sunt în desfășurare negocieri cu companiile cu privire la licențierea metodei noastre”, spune Musiienko. Scopul este un dispozitiv de măsurat compact, de dimensiunea unui notebook.

(Fluierul)