Inställning av kartläggningssystem för transientreflektivitet. (A) Schematisk illustration av kartläggningsapparaten för transientreflektion. (B) Schematisk illustration av bredfältsdetektering. (C) Pulsintensitetsfördelning på ytan av prov 2. Pumpstrålen fokuserades på ytan (inom en röd prickad cirkel) medan sondstrålen defokuserades för att skapa den breda fältdetekteringen, markerad med en vit cirkel. Exponeringsområdet är markerat med en blå rektangel, en referensstråle (gul prickad cirkel) fokuserades direkt på kamerans målyta. I själva mätningen blockerades pumpstrålen av ett långpassfilter. Kredit:Science (2022). DOI:10.1126/science.abn4727
Cubic boron arsenide (c-BAs), en halvledare med ultrahög värmeledningsförmåga jämförbar med diamant, har väckt stor uppmärksamhet sedan 2018, med många människor som undrar om den är lämplig för transistorer.
Forskare som försökte svara på denna fråga mätte Hall-effekten för en enskild kristall av c-BA 2021, och fick den besvikelse låga rörlighetssiffran på 22 cm 2 V -1 s -1 . Dessutom visade deras resultat en enorm diskrepans mellan det teoretiska rörlighetsvärdet på 1400 cm 2 V -1 s -1 för elektroner och 2110 cm 2 V -1 s -1 för hål.
I en studie publicerad i Science , Liu Xinfengs grupp från National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) och medarbetare från University of Houston har nu fått korrekta mobilitetssiffror för c-BA. De fann att den ambipolära rörligheten för c-BA är cirka 1550 cm 2 V -1 s -1 och mer än 3000 cm 2 V -1 s -1 för varma bärare med mycket högre rörlighet.
Forskarna använde en distinkt optisk teknik som kallas transient reflektivitetsmikroskopi för att övervaka bärardiffusion i c-BA.
Denna tekniska installation, byggd av Yue Shuai från Lius grupp, ger in-situ bärardiffusionsvisualisering med spatiotemporal upplösning i nanometer och femtosekunder. Bärare exciterades av en femtosekundlaser, vilket skapade en transient reflektionsförändring som detekterades av en tidsfördröjd femtosekundlaser (sondstråle).
Sondstrålen breddades till ett brett belysningsfält; således kunde bärarnas spatiotemporala dynamik visualiseras direkt. Genom att justera energin hos excitationslasern under eller ovanför bandgapet kan inre bärare respektive varma bärare exciteras. Inbyggd bärarrörlighet på cirka 1550 cm 2 V -1 s -1 mättes och matchade teoretiska förutsägelser väl.
På grund av ultrasvag elektron-fonon- och fonon-fonon-koppling, en långvarig varmbärare med rörlighet över 3000 cm 2 V -1 s -1 erhölls ytterligare.
Forskarna sa att den enorma skillnaden mellan Hall-effektmätningen och den optiska mätningen berodde på den breda spridningen av defekter i provet. Med andra ord var endast ett litet område tillräckligt rent för bärardiffusion.
"Efter ett års hårt arbete hittade vi äntligen regionen", sa Yue, första författare till tidningen. "Den var för liten för Hall-mätningen."
Liu sa att den höga rörligheten och den ultrahöga värmeledningsförmågan hos c-BA gör det till ett "lovande material" inom det breda fältet av elektriska kretsar och kommer att bidra till att förbättra CPU-hastigheterna. + Utforska vidare
