Кремний сохраняет проводимость при сверхнизких уровнях заряда

01.03.2020

Исследователи из американского Национального института стандартов и технологий (NIST) придумали новый метод измерения мобильности заряженных частиц в кремнии, который если не перевернул, то значительно расширил представление о процессах переноса заряда в полупроводниках.

Предложенный учеными метод позволил провести наиболее чувствительные измерения скорости движения электрического заряда в кремнии, а это показатель его эффективности в качестве полупроводника. Как следствие, новый метод позволит точнее оценить влияние на проводимость кремния тех или иных легирующих добавок и создаст основу для улучшения характеристик полупроводниковых приборов. Это шанс улучшить работу чипов практически даром только за счет лучшего понимания процессов. Провести тюнинг, если так можно выразиться.

Традиционно подвижность электронов и дырок в кремнии измеряли методом Холла. Этот метод предполагает, что на образце кремния (полупроводника) распаиваются контакты для пропускания электрического тока. Недостатком этого способа является то, что в местах пайки образуются дефекты или появляются примеси, которые вносят искажения в результаты измерения.

Для чистоты эксперимента ученые из NIST воспользовались бесконтактным методом. На образец кремния сначала подавался свет слабой интенсивности в виде сверхкоротких импульсов видимого света, а затем образец облучался импульсами излучения в дальнем инфракрасном или микроволновом диапазоне. Слабый видимый свет производил на кремний эффект фотолегирования: в слое кремния возникали заряженные частицы в виде электронов и дырок.

Видимый свет, по понятным причинам, в толщу кремния проникнуть не мог. Именно для этого фотолегированный образец облучался терагерцевым излучением (в дальнем инфракрасном диапазоне), для которого кремний прозрачен. И чем больше в образце заряженных частиц, тем больше света проникает или поглощается образцом. При этом важно отметить, что для более точного измерения подвижности электронов в образце его толщина должна была быть довольно большой - до 1 мм. Это исключало влияние на измерения дефектов на поверхности образца.

Однако, количество "внесенных" видимым светом электронов и дырок в образце должно было быть как можно меньше, чтобы понизить порог чувствительности при измерениях. Обычно для этого образец облучался одним фотоном, но в случае толстого образца один фотон выбивал в кремнии недостаточно заряженных частиц. Выход был найден в облучении образца двумя фотонами видимого света. После этого терагерцевое излучение свободно проходило через образец при минимальном числе заряженных частиц в объеме материала. По утверждению ученых, порог чувствительности удалось понизить в 10 раз со 100 трлн носителей заряда на см2 до 10 трлн.

Как только порог чувствительности был понижен, выяснилось удивительное. Подвижность электронов в кремнии оказалась способна расти даже до весьма разреженного состояния носителей в материале, о чем раньше никто не подозревал. Собственно, сама подвижность оказалась на 50 % выше, чем считалось ранее. Для контрольной проверки подобный эксперимент был проведен с арсенидом галлия (GaAs), тоже светочувствительным полупроводником. Обнаружилось, что подвижность носителей заряда в этом материале продолжает расти по мере снижения их плотности. Измеренный новым методом предел плотности носителей оказался примерно в 100 раз ниже, чем до этого считалось.

В далеком или не очень далеком будущем полупроводники смогут работать при очень низких уровнях заряда. По крайней мере, теоретический предел отодвинут достаточно далеко. Это и высокочувствительные солнечны панели, и однофотонные детекторы (привет квантовым компьютерам!), сверх энергоэффективная электроника и многое другое.

<< Назад: Революционная технология ядерного синтеза 02.03.2020

>> Вперед: Топологический лазер 01.03.2020

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Двойная система антител летучих мышей против опасных вирусов 17.09.2026

Летучие мыши давно занимают особое место в исследованиях инфекционных заболеваний. Эти животные способны быть естественными носителями вирусов, представляющих серьезную опасность для человека, однако сами зачастую избегают тяжелых последствий заражения. Такая необычная способность особенно интересна ученым, поскольку позволяет изучать механизмы, с помощью которых организм может одновременно сосуществовать с потенциально опасными патогенами и контролировать их воздействие. Исследователи из Тюлейнского университета, Стэнфорда и Центров по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) приблизились к объяснению этого феномена. По их данным, важную роль может играть необычная организация иммунной системы рукокрылых. У представителей семейства лиликовых (Vespertilionidae), насчитывающего более 500 видов и распространенного на всех континентах, кроме Антарктиды, специалисты обнаружили сразу две независимые генетические системы, участвующие в создании тяжелых цепей антител. Антитела пред ...>>

Экологичный ноутбук Acer Vero 16 с модульным корпусом 17.09.2026

Современный ноутбук постепенно перестает быть устройством, которое после нескольких лет эксплуатации проще заменить новым. Производители все чаще пытаются увеличить срок службы техники за счет переработанных материалов, ремонтопригодной конструкции и возможности модернизации отдельных компонентов. Новый Acer Vero 16 (V16-I71 / V16-I71T) стал одним из примеров такого подхода: при высокой производительности модель ориентирована не только на современные вычислительные задачи, но и на снижение экологической нагрузки на протяжении всего жизненного цикла устройства. В основе концепции Acer лежит расширенный принцип 4R, включающий Reduce - уменьшение использования ресурсов, Reuse - повторное применение, Recycle - переработку и Repairability - ремонтопригодность. Разработчики постарались реализовать эти четыре направления непосредственно в конструкции ноутбука. В частности, верхняя крышка и рабочая панель изготовлены из сплава, в котором сочетаются 50% переработанного и 50% низкоуглеродисто ...>>

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Синтез керамики 28.05.2020 Ученым Университета Мэриленда удалось разработать метод спекания, позволяющий создавать керамические материалы менее чем за минуту. Обычно керамические материалы получают спеканием порошков при высоких температурах. Именно благодаря химической стабильности, а также высокотемпературным и механическим свойствам, относительно простым и выгодным методам получения, керамика широко используется во многих областях. При этом не секрет, что существующие методы создания керамических материалов имеют некоторые недостатки, которые специалисты решили исправить. Специалисты разработали новый, более совершенный и быстрый метод спекания. Предложенный метод не требует дорогостоящего оборудования и превосходит другие способы , поскольку скорость синтеза новых соединений является максимально быстрой.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026