IBM Research компаниясынын авторлорунун макаласынын котормосу.
Физикадагы маанилүү ачылыш жарым өткөргүчтөрдүн физикалык мүнөздөмөлөрүн алда канча кеңири изилдөөгө мүмкүндүк берет. Бул кийинки муундагы жарым өткөргүч технологиясын өнүктүрүүнү тездетүүгө жардам берет.
Авторлор:
— Кызматтык мүчөсү, IBM Research
Даг Бишоп - мүнөздөмө инженери, IBM изилдөө
Жарым өткөргүчтөр бүгүнкү санариптик электрондук доордун негизги курулуш материалы болуп саналат, алар бизге компьютерлер, смартфондор жана башка мобилдик түзүлүштөр сыяктуу заманбап жашообузга пайдалуу болгон ар кандай түзүлүштөрдү камсыз кылат. Жарым өткөргүчтөрдүн функционалдуулугун жана өндүрүмдүүлүгүн жакшыртуу кийинки муундагы жарым өткөргүчтөрдү эсептөөдө, сезүүдө жана энергияны конвертациялоодо колдонууга мүмкүнчүлүк берет. Изилдөөчүлөр жарым өткөргүч түзүлүштөрдүн жана алдыңкы жарым өткөргүч материалдардын ичиндеги электрондук заряддарды толук түшүнүү мүмкүнчүлүгүбүздөгү чектөөлөрдү жеңүү үчүн көптөн бери күрөшүп келишет.
Журналдагы жаңы изилдөөдө IBM Research жетектеген изилдөө кызматташтыгы физикадагы 140 жылдык сырды чечүүдөгү кызыктуу ачылышты сүрөттөйт, ал бизге жарым өткөргүчтөрдүн физикалык мүнөздөмөлөрүн кыйла кеңири изилдөөгө жана жаңы жана жакшыртылган жарым өткөргүч материалдарды иштеп чыгууга мүмкүндүк берет.
Жарым өткөргүчтөрдүн физикасын чындап түшүнүү үчүн биз алгач материалдардын ичиндеги заряд алып жүрүүчүлөрдүн негизги касиеттерин, алар терс же оң бөлүкчөлөрбү, алардын колдонулган электр талаасындагы ылдамдыгын жана материалдын ичинде канчалык жыш жайгашканын түшүнүшүбүз керек. Физик Эдвин Холл 1879-жылы магнит талаасы өткөргүчтүн ичиндеги электрон заряддардын кыймылын бурмалай турганын жана кыйшаюу көлөмүн заряддын багыттуу агымына перпендикуляр потенциалдар айырмасы катары өлчөөгө болорун ачканда бул касиеттерди аныктоонун жолун тапкан. бөлүкчөлөр, 1а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Холл чыңалуусу деп аталган бул чыңалуу жарым өткөргүчтөгү заряд алып жүрүүчүлөр, анын ичинде алар терс электрондорбу же оң квазибөлүкчөлөрбү, электр талаасында канчалык ылдам кыймылдашат же алардын «мобилдүүлүгү» (µ) жөнүндө маанилүү маалыматтарды ачып берет. ), жана жарым өткөргүчтүн ичиндеги алардын концентрациясы (n).
140 жылдык сыр
Холлдун ачылышынан ондогон жылдар өткөндөн кийин, изилдөөчүлөр Холл эффектинин жарык менен өлчөөлөрүн да аныкташты — фото Холл деп аталган эксперименттер, 1б-сүрөттү карагыла. Мындай эксперименттерде жарык жарыктандыруу жарым өткөргүчтөрдөгү бир нече алып жүрүүчүлөрдү же электрон-тешик түгөйлөрүн жаратат. Тилекке каршы, биздин негизги Холл эффекти жөнүндөгү түшүнүгүбүз көпчүлүк (же көпчүлүк) заряд алып жүрүүчүлөргө гана түшүнүк берди. Изилдөөчүлөр бир эле учурда эки медиадан (негизги жана негизги эмес) параметрлерди чыгара алышкан жок. Мындай маалымат күн панелдери жана башка оптоэлектрондук түзүлүштөр сыяктуу жарыкка байланыштуу көптөгөн колдонмолор үчүн негизги болуп саналат.
IBM Research журналынын изилдөөсү Холл эффектинин көптөн бери сакталып келген сырларынын бирин ачып берет. Кореянын Илим жана технологиянын алдыңкы институтунун (KAIST), Кореянын химиялык технология изилдөө институтунун (KRICT), Дьюк университетинин жана IBMдин изилдөөчүлөрү бир эле учурда негизги жана негизги эмес нерселер жөнүндө маалыматты алууга мүмкүндүк берген жаңы формуланы жана техниканы табышты. алардын концентрациясы жана мобилдүүлүгү сыяктуу алып жүрүүчүлөр, ошондой эле ташуучунун иштөө мөөнөтү, диффузиянын узактыгы жана рекомбинация процесси жөнүндө кошумча маалымат алышат.
Тагыраак айтканда, фото-Холл экспериментинде эки алып жүрүүчү тең өткөргүчтүктү (σ) жана Холл коэффициентинин (Н, Холл чыңалуусунун магнит талаасына катышына пропорционалдуу) өзгөрүшүнө салым кошот. Негизги түшүнүктөр жарык интенсивдүүлүгүнүн функциясы катары өткөргүчтүктү жана Холл коэффициентин өлчөөдөн келип чыгат. Өткөргүчтүк-Холл коэффициентинин ийри сызыгынын (σ-Н) формасында жашырылган принципиалдуу жаңы маалыматты көрсөтөт: эки алып жүрүүчүнүн кыймылдуулугунун айырмасы. Макалада талкуулангандай, бул мамиле жарашыктуу түрдө көрсөтүлүшү мүмкүн:
$$дисплей$$ Δμ = d (σ²H)/dσ$$дисплей$$
Караңгыда салттуу Холл өлчөөсүнөн белгилүү көпчүлүк алып жүрүүчүнүн тыгыздыгынан баштап, биз көпчүлүк жана азчылыктар үчүн да жарыктын интенсивдүүлүгүнүн функциясы катары алып жүрүүчүнүн мобилдүүлүгүн жана тыгыздыгын ачып бере алабыз. Команда жаңы өлчөө ыкмасын атады: Carrier-Resolved Photo Hall (CRPH). Жарык жарыктандыруунун белгилүү интенсивдүүлүгү менен алып жүрүүчүнүн иштөө мөөнөтүн ушундай эле жол менен аныктоого болот. Бул байланыш жана анын чечимдери Холл эффекти ачылгандан бери дээрлик бир жарым кылым бою жашырылган.
Бул теориялык түшүнүктөгү жетишкендиктерден тышкары, эксперименталдык методдордогу жетишкендиктер да бул жаңы ыкманы иштетүү үчүн абдан маанилүү. Метод Холл сигналын таза өлчөөнү талап кылат, ал Холл сигналы алсыз болгон материалдар үчүн (мисалы, мобилдүүлүктүн аздыгынан) же кошумча керексиз сигналдар болгондо, күчтүү жарык нурлануусу сыяктуу кыйын болушу мүмкүн. Бул үчүн термелүү магнит талаасынын жардамы менен Холл өлчөөсүн жүргүзүү керек. Радио угуп жаткандай эле, сиз каалаган станциянын жыштыгын тандап, ызы-чуунун ролун аткарган бардык башка жыштыктарды жокко чыгарышыңыз керек. CRPH ыкмасы бир кадам алдыга жылып, синхрондук сезүү деп аталган ыкманы колдонуу менен керектүү жыштыкты гана эмес, термелүү магнит талаасынын фазасын да тандайт. Термелүү Холлду өлчөөнүн бул түшүнүгү көптөн бери белгилүү, бирок термелүү магнит талаасын түзүү үчүн электромагниттик катушкалар системасын колдонуунун салттуу ыкмасы натыйжасыз болгон.
Мурунку ачылыш
Илимде көп кездешкендей эле, бир чөйрөдөгү жетишкендиктер башка чөйрөдөгү ачылыштар менен шартталат. 2015-жылы IBM Research 2а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, туурасынан кеткен диполдордун эки сызыгынын ортосунда критикалык узундуктан ашканда пайда болгон "төө өркөч" эффекти деп аталган жаңы магнит талаасынын чектөө эффектиси менен байланышкан физикада мурда белгисиз болгон кубулушту билдирди. Эффект 2b-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, параллелдүү диполдук сызык капкан (PDL капкан) деп аталган табигый магниттик капкандын жаңы түрүн иштетүүчү негизги өзгөчөлүк. Магниттик PDL капкан тилтметр, сейсмометр (жер титирөө сенсору) сыяктуу ар кандай сезүү колдонмолору үчүн жаңы платформа катары колдонулушу мүмкүн. Мындай жаңы сенсордук системалар чоң маалымат технологиялары менен айкалышып, көптөгөн жаңы тиркемелерди ачышы мүмкүн жана аларды IBM Research тобу IBM Physical Analytics Integrated Repository Service (PAIRS) деп аталган чоң маалыматтарды талдоо платформасын иштеп чыгууда, анда көптөгөн геомейкиндиктик мүмкүнчүлүктөр камтылган. жана нерселердин Интернети (IoT).
Таң калыштуусу, ошол эле PDL элементинин дагы бир уникалдуу колдонмосу бар. Айланганда, ал магнит талаасынын бир багыттуу жана таза гармоникалык термелүүсүн алуу үчүн идеалдуу фотохолл эксперимент системасы катары кызмат кылат (2в-сүрөт). Андан да маанилүүсү, система үлгүнүн кенен аянтын жарыктандыруу үчүн жетиштүү мейкиндикти камсыз кылат, бул фото-Холл эксперименттеринде маанилүү.
таасири
Биз иштеп чыккан жаңы фотохолл ыкмасы жарым өткөргүчтөрдөн укмуштуудай көлөмдөгү маалыматты алууга мүмкүндүк берет. Классикалык Холл өлчөөсүндө алынган үч гана параметрден айырмаланып, бул жаңы ыкма сыналган жарык интенсивдүүлүгүнүн ар биринде жети параметрге чейин берет. Бул электрондордун да, тешиктердин да мобилдүүлүгүн камтыйт; жарыктын таасири астында алардын алып жүрүүчүнүн концентрациясы; рекомбинация өмүрү; электрондор, тешиктер жана амбиполярдуу түрлөрү үчүн диффузиянын узундугу. Мунун баарын N жолу кайталоого болот (б.а. экспериментте колдонулган жарык интенсивдүүлүгүнүн параметрлеринин саны).
Бул жаңы ачылыш жана технология жарым өткөргүчтөрдүн учурдагы жана өнүгүп келе жаткан технологияларында прогресске жардам берет. Азыр бизде жарым өткөргүч материалдардын физикалык мүнөздөмөлөрүн майда-чүйдөсүнө чейин чыгарып алуу үчүн зарыл болгон билим жана куралдар бар. Мисалы, ал жакшы күн батареялары, мыкты оптоэлектрондук түзүлүштөр жана жасалма интеллект технологиялары үчүн жаңы материалдар жана түзүлүштөр сыяктуу кийинки муундун жарым өткөргүч технологиясын өнүктүрүүнү тездетүүгө жардам берет.
макала 7-жылдын 2019-октябрында жарыяланган .
котормо: Николай Марин (), IBMдин Россиядагы жана КМШ өлкөлөрүндөгү башкы технология кызматкери.
Source: www.habr.com