Forskare från Tohoku University har utvecklat en teknik som använder en ihålig sfär för att mäta de elektroniska och optiska egenskaperna hos stora halvledande kristaller. Tillvägagångssättet, publicerad i tidningen Tillämpad fysik Express , förbättrar dagens fotoluminescensspektroskopiteknik och kan leda till energibesparingar för massproducenter, och därmed konsumenter, av kraftenheter.

Halvledande kristaller används för att göra elektroniska enheter som mikroprocessorchips och transistorer. Tillverkare måste kunna upptäcka kristalldefekter och testa deras energiomvandlingseffektivitet. Ett sätt att göra detta är att mäta deras "interna kvanteffektivitet", eller deras förmåga att generera fotoner från elektroner som exciteras av en elektrisk ström eller en excitationslaser. För närvarande tillgängliga metoder begränsar provstorleken som kan testas åt gången.

Avancerad materialforskare Kazunobu Kojima från Tohoku University och kollegor har utvecklat en modifierad metod för fotoluminescensspektroskopi som kan testa större prover.

Standard fotoluminescensspektroskopi detekterar den relativa mängden ljus som emitteras av en halvledarkristall när en excitationslaser lyser på den. Ljusenergi går förlorad genom dessa excitations- och emissionsprocesser, så forskare har experimenterat med fotoluminescensspektroskopi som använder en "integrerande sfär" för att minimera förlusten av fotoner, elementära ljuspartiklar.

Integrerande sfärer samlar både excitationsljuset och ljuset från ett prov som ligger inuti det, där ljuset reflekteras diffust inuti tills det sprids jämnt. Den enhetliga ljusfördelningen förbättrar noggrannheten och repeterbarheten av intern kvanteffektivitetstestning. Men det betyder att storleken på den kristall som testas i slutändan begränsas av sfärens storlek.

Kojima och kollegor fann att de fortfarande kunde testa den interna kvanteffektiviteten hos en kristall när den placerades direkt utanför sfären, så att större prover kan användas.

De utförde sina tester på en halvledande kristall kallad galliumnitrid, som vanligtvis används i lysdioder och förväntas användas i elektroniska enheter på grund av dess överlägsna egenskaper.

"Denna rundstrålande fotoluminescensspektroskopi kan användas för att utvärdera kvaliteten på stora kristaller eller halvledarskivor, som är avgörande för massproduktion av kraftenheter, "säger Kojima, tillägger att detta kan leda till energibesparingar och sänka produktionskostnaderna.