Een defecte dunne film van koperjodide - bestaande uit slechts één kristal - is vervaardigd door RIKEN-natuurkundigen. Het atomair vlakke monster is een boost voor het produceren van betere halfgeleiders.

Halfgeleiders vormen de kern van veel opto-elektronische apparaten, waaronder lasers en light-emitting diodes (LED's). Ingenieurs zouden graag cuprojodide gebruiken - een voorbeeld van een halogenideverbinding - voor halfgeleiders omdat het een uitstekende geleider is die stabiel is boven kamertemperatuur. Het probleem is dat het moeilijk is om een ​​echt dunne film van cuprojodide te maken zonder onzuiverheden. De gebruikelijke methode omvat het afzetten van de film uit een oplossing. "Maar een oplossingsproces kan geen hoogwaardige dunne film maken van koperjodide, ", zegt Masao Nakamura van het RIKEN Center for Emergent Matter Science.

In plaats daarvan, Nakamura en zijn collega's gebruikten een alternatieve techniek die bekend staat als moleculaire bundelepitaxie, waarbij de film geleidelijk op een substraat wordt gekweekt, bij verhoogde temperatuur en in vacuüm. Moleculaire bundelepitaxie wordt al algemeen toegepast bij de fabricage van halfgeleiders. Maar het is moeilijk te gebruiken voor cuprojodide omdat het materiaal zeer vluchtig is - wat betekent dat het gemakkelijk verdampt tijdens het proces, in plaats van zich in een film te nestelen. Om deze moeilijkheid te overwinnen, het team begon hun folie bij een lagere temperatuur te kweken en verhoogde vervolgens de temperatuur. "Dit tweestapsproces dat we nieuw hebben ontwikkeld, was zeer effectief, ' zegt Nakamura.

Het team had nog een truc om de kwaliteit van hun film te verhogen. Ze kozen indiumarsenide als substraat omdat de roosterafstand erg lijkt op die van cuprojodide. "Als de roosterafstand niet goed op elkaar is afgestemd, veel defecten zullen ontstaan ​​in het materiaal, " legt Nakamura uit.

Nakamura en zijn collega's testten vervolgens de zuiverheid van hun monster met behulp van een techniek genaamd fotoluminescentiespectroscopie, waarbij fotonen worden afgevuurd, of lichtdeeltjes, aan het oppervlak van het materiaal. Deze fotonen worden door het materiaal geabsorbeerd, het prikkelt zijn elektronen naar een hogere energietoestand en zorgt ervoor dat ze nieuwe fotonen uitzenden (Fig. 1). Door het uitgestraalde licht te monitoren, kon het team vaststellen dat ze een film met één kristal hadden gemaakt, vrij van gebreken. "We verwachtten dat de kwaliteit zou verbeteren met onze methode, ", zegt Nakamura. "Maar de resultaten overtroffen onze verwachtingen."

Nakamura en zijn team zijn nu van plan om halfgeleiders van verschillende halogeniden samen te voegen en nieuwe eigenschappen te onderzoeken die ontstaan. "We zullen opkomende nieuwe functionaliteiten en fysica op de halide-interfaces onderzoeken, ' zegt Nakamura.