Onderzoekers van de Tohoku University hebben een methode verbeterd om halfgeleidende kristallen met licht te onderzoeken om defecten en onzuiverheden te detecteren. De details van hun omnidirectionele fotoluminescentie (ODPL) spectroscopie-opstelling werden gepubliceerd in het tijdschrift Technische Natuurkunde Express , en kan de fabricage van materialen voor elektrische auto's en zonnecellen helpen verbeteren.

"Onze techniek kan materialen testen bij zeer lage temperaturen en kan zelfs kleine hoeveelheden defecten en onzuiverheden vinden, ", zegt materiaalwetenschapper Kazunobu Kojima van Tohoku University.

Kojima en zijn collega's demonstreerden hun aanpak met behulp van galliumnitridekristallen. Galliumnitride is een halfgeleidend kristal dat sinds de jaren 2000 wordt gebruikt in energiebesparende light-emitting diodes (LED's). Het heeft interessante optische en elektronische eigenschappen, waardoor het aantrekkelijk is voor vele toepassingen, inclusief stroomschakelapparatuur in elektrische voertuigen. Maar het kan tijdens de fabricage defecten en onzuiverheden ontwikkelen, die de prestaties kunnen beïnvloeden. De momenteel beschikbare methoden voor het testen van deze kristallen zijn duur of te invasief.

De ODPL-spectroscopie, anderzijds, is een niet-invasieve techniek die de kristallen kan testen, maar alleen bij kamertemperatuur. De temperatuur van het kristal kunnen veranderen is belangrijk om de eigenschappen ervan goed te testen.

Kojima en zijn collega's hebben een manier gevonden om een ​​ODPL-instrument op te zetten zodat het kristal kan worden gekoeld. Het proces omvat het plaatsen van een galliumnitridekristal op een aluminiumplaat die is verbonden met een koelapparaat. Dit wordt geplaatst onder een "integrerende bol, " die licht verzamelt dat uit vele richtingen komt. Extern licht wordt door de bol op het kristal geschenen, spannend het. Het kristal straalt licht terug in de bol om terug te keren naar zijn oorspronkelijke niet-opgewonden toestand. De twee lichten, van de externe bron en het kristal, zijn geïntegreerd in de bol en gemeten door een detector. Het resultaat onthult de "interne kwantumefficiëntie van het kristal, " die wordt verminderd als het gebreken en onzuiverheden bevat, en kan zelfs bij zeer lage temperaturen worden gemeten.

De wijziging van het team - door het kristal buiten de bol te plaatsen en het te verbinden met iets dat het afkoelt - betekent dat de temperatuurverandering cruciaal alleen binnen het kristal plaatsvindt en niet binnen de bol. De wetenschappers waren in staat om de interne kwantumefficiëntie van galliumnitridemonsters te meten met behulp van deze techniek bij temperaturen van -261 ° C tot ongeveer 27 ° C.

"We zijn van plan om onze methode te gebruiken voor het testen van andere materialen, zoals perovskieten voor gebruik in zeer efficiënte zonnecellen en boornitride als een atomair dun tweedimensionaal materiaal, ' zegt Kojima.