一次14个参数:新型光电子仪器
发布时间：2024-02-22 03:00:04 阅读数： 137
明亮的球体象征着材料中的束缚载流子(负电荷和正电荷)。光束将这些电荷分开，然后在外加磁场中以不同的方式偏转。使用CLIMAT方法，一次测量可以测量半导体中输运性质的大约14个不同参数，例如密度、寿命、扩散长度和迁移率。资料来源:Laura Canil (www.canilvisuals.com)来自德国亥姆霍兹研究中心协会
HZB物理学家开发了一种新的方法，可以在一次测量中全面表征半导体。“恒定光致磁输运(CLIMAT)”基于霍尔效应，允许记录14种不同的负电荷和正电荷载流子的输运特性参数。
目前，该方法已经在12种不同的半导体材料上进行了测试，这将节省评估太阳能电池等光电子应用新材料的宝贵时间。太阳能电池、晶体管、探测器、传感器和led都有一个共同点:它们都是由半导体材料制成的，这些材料的载流子只有在受到光(光子)的撞击时才会释放出来。光子将电子(负电荷载体)撞出轨道，电子穿过材料，直到一段时间后再次被捕获。同时，在缺少电子的地方会产生空穴——这些空穴表现得像带正电荷的载流子，对各自应用的性能也很重要。半导体中负电荷载流子和正电荷载流子的行为通常在迁移率、扩散长度和寿命方面有数量级的不同。
到目前为止，输运性质的参数必须使用不同的测量方法，针对每种类型的电荷分别确定。单次测量
作为Maria Skłodowska居里博士后奖学金的一部分，HZB物理学家Artem Musiienko博士现在开发了一种新方法，可以在一次测量中记录正负电荷载流子的所有14个参数。
“恒定光致磁输运(climate)”使用垂直穿过样品的磁场和恒定光源进行电荷分离。载流子沿着电场运动，并根据它们的质量、迁移率和其他性质受到垂直于它们运动方向的磁场的偏转(霍尔效应)。Musiienko用一个简洁的小方程组表明，从这些信号中可以确定14种不同的性质，特别是不同载流子信号之间的差异。正负电荷载体
“因此，通过一次测量，CLIMAT提供了对电荷传输复杂机制的全面洞察，包括正电荷和负电荷载流子。这使我们能够更快地评估新型半导体材料，例如，它们作为太阳能电池或其他应用的适用性，”Musiienko说。为了证明新方法的广泛适用性，HZB，波茨坦大学以及美国，瑞士，英国和乌克兰的其他机构的研究团队现在已经使用它来表征总共12种非常不同的半导体材料，包括硅，卤化物钙钛矿薄膜，有机半导体，如Y6，半绝缘体，自组装单层和纳米颗粒。研究结果已经发表在Nature Communications杂志上。
来自美国罗格斯大学的Vitaly Podzorov教授等独立专家在《自然电子》杂志上给这种方法打了15分(满分16分)，并认为这种新方法是开创性的。
特别是，CLIMAT消除了以前不同测量所需的许多步骤，从而节省了宝贵的时间。2024年初，欧洲专利局批准了CLIMAT方法的专利申请，专利号为EP23173681.0。Musiienko说:“目前正在与公司就我们的方法进行谈判。”目标是一个紧凑的测量设备，大约一个笔记本的大小。
