Traduzzjoni ta' artiklu minn awturi minn IBM Research.
Avviż importanti fil-fiżika se jippermettilna nistudjaw il-karatteristiċi fiżiċi tas-semikondutturi f'ħafna dettall. Dan jista 'jgħin biex jaċċellera l-iżvilupp tat-teknoloġija tas-semikondutturi tal-ġenerazzjoni li jmiss.
Awturi:
— Membru tal-Persunal, IBM Research
Doug Bishop - Inġinier tal-Karatterizzazzjoni, IBM Research
Is-semikondutturi huma l-blokki bażiċi tal-era elettronika diġitali tal-lum, li jipprovdulna varjetà ta 'apparati li jibbenefikaw il-ħajja moderna tagħna, bħal kompjuters, smartphones u apparat mobbli ieħor. It-titjib fil-funzjonalità u l-prestazzjoni tas-semikondutturi qed jippermetti wkoll applikazzjonijiet tas-semikondutturi tal-ġenerazzjoni li jmiss fl-informatika, is-sensing u l-konverżjoni tal-enerġija. Ir-riċerkaturi ilhom jissieltu biex jegħlbu l-limitazzjonijiet fl-abbiltà tagħna li nifhmu bis-sħiħ il-piżijiet elettroniċi ġewwa apparati semikondutturi u materjali semikondutturi avvanzati li qed iżommu lura l-abbiltà tagħna li nimxu 'l quddiem.
Fi studju ġdid fil-ġurnal Kollaborazzjoni ta 'riċerka mmexxija minn IBM Research tiddeskrivi avvanz eċċitanti fis-soluzzjoni ta' misteru ta '140 sena fil-fiżika, wieħed li se jippermettilna nistudjaw il-karatteristiċi fiżiċi tas-semikondutturi f'ħafna dettall u tippermetti l-iżvilupp ta' materjali semikondutturi ġodda u mtejba.
Biex nifhmu tassew il-fiżika tas-semikondutturi, l-ewwel irridu nifhmu l-proprjetajiet fundamentali tat-trasportaturi ta 'ċarġ fil-materjali, kemm jekk huma partiċelli negattivi jew pożittivi, il-veloċità tagħhom f'kamp elettriku applikat, u kemm huma ppakkjati b'mod dens fil-materjal. Il-fiżiku Edwin Hall sab mod biex jiddetermina dawn il-proprjetajiet fl-1879 meta skopra li kamp manjetiku se jiddevja l-moviment ta 'ċarġijiet tal-elettroni fi ħdan konduttur, u li l-ammont ta' deflessjoni jista 'jitkejjel bħala d-differenza potenzjali perpendikolari għall-fluss direzzjonali ta' ċċarġjati. partiċelli, kif muri fil-Figura 1a. Dan il-vultaġġ, magħruf bħala l-vultaġġ Hall, jiżvela informazzjoni sinifikanti dwar it-trasportaturi ta 'ċarġ fis-semikondutturi, inkluż jekk humiex elettroni negattivi jew kważi partiċelli pożittivi msejħa "toqob", kemm jimxu malajr f'kamp elettriku, jew "mobilità" tagħhom (µ ) , u l-konċentrazzjoni tagħhom (n) ġewwa s-semikonduttur.
Misteru ta’ 140 sena
Għexieren ta 'snin wara l-iskoperta ta' Hall, ir-riċerkaturi skoprew ukoll li setgħu jagħmlu kejl tal-effett Hall bid-dawl—esperimenti msejħa photo-Hall, ara Figura 1b. F'esperimenti bħal dawn, l-illuminazzjoni tad-dawl tiġġenera trasportaturi multipli, jew pari elettron-toqba, f'semikondutturi. Sfortunatament, il-fehim tagħna tal-effett Hall bażiku pprovda ħarsa lejn it-trasportaturi tal-ħlas tal-maġġoranza (jew maġġoranza) biss. Ir-riċerkaturi ma setgħux estratt parametri miż-żewġ midja (maġġuri u mhux maġġuri) simultanjament. Tali informazzjoni hija essenzjali għal ħafna applikazzjonijiet relatati mad-dawl, bħal pannelli solari u apparati optoelettroniċi oħra.
Studju tar-rivista IBM Research jiżvela wieħed mis-sigrieti li ilhom jinżammu tal-effett Hall. Riċerkaturi mill-Istitut Avvanzat tax-Xjenza u t-Teknoloġija tal-Korea (KAIST), l-Istitut tar-Riċerka tal-Korea tat-Teknoloġija Kimika (KRICT), l-Università Duke, u l-IBM skoprew formula u teknika ġdida li tippermettilna simultanjament estratt informazzjoni dwar il-bażiku u mhux bażiku. trasportaturi, bħall-konċentrazzjoni u l-mobilità tagħhom, kif ukoll jiksbu informazzjoni addizzjonali dwar il-ħajja tat-trasportatur, it-tul tad-diffużjoni u l-proċess ta 'rikombinazzjoni.
B'mod aktar speċifiku, f'esperiment ta 'photo-Hall, iż-żewġ trasportaturi jikkontribwixxu għal bidliet fil-konduttività (σ) u l-koeffiċjent Hall (H, proporzjonali għall-proporzjon tal-vultaġġ Hall mal-kamp manjetiku). L-għarfien ewlieni ġej mill-kejl tal-konduttività u l-koeffiċjent Hall bħala funzjoni tal-intensità tad-dawl. Moħbija fil-forma tal-kurva tal-koeffiċjent tal-konduttività-Hall (σ-H) turi informazzjoni fundamentalment ġdida: id-differenza fil-mobilità taż-żewġ trasportaturi. Kif diskuss fl-artiklu, din ir-relazzjoni tista 'tiġi espressa b'mod eleganti:
$$display$$ Δµ = d (σ²H)/dσ$$display$$
Nibdew b'densità ta 'trasportatur ta' maġġoranza magħrufa minn kejl ta 'Awla tradizzjonali fid-dlam, nistgħu niżvelaw kemm għall-mobilità u d-densità ta' trasportatur tal-maġġoranza kif ukoll tal-minoranza bħala funzjoni tal-intensità tad-dawl. It-tim semmiet il-metodu l-ġdid ta 'kejl: Carrier-Resolved Photo Hall (CRPH). B'intensità magħrufa ta 'illuminazzjoni tad-dawl, il-ħajja tat-trasportatur tista' tiġi stabbilita b'mod simili. Din il-konnessjoni u s-soluzzjonijiet tagħha ilhom moħbija għal kważi seklu u nofs mill-iskoperta tal-effett Hall.
Minbarra l-avvanzi f'dan il-fehim teoretiku, l-avvanzi fil-metodi sperimentali huma wkoll kritiċi biex jippermettu dan il-metodu ġdid. Il-metodu jeħtieġ kejl pur tas-sinjal Hall, li jista 'jkun diffiċli għal materjali fejn is-sinjal Hall huwa dgħajjef (per eżempju, minħabba mobilità baxxa) jew meta jkunu preżenti sinjali addizzjonali mhux mixtieqa, bħal ma' irradjazzjoni qawwija tad-dawl. Biex tagħmel dan, huwa meħtieġ li twettaq kejl Hall bl-użu ta 'kamp manjetiku li joxxilla. Eżatt bħal meta tisma 'r-radju, għandek bżonn tagħżel il-frekwenza tal-istazzjon mixtieq, u twarrab il-frekwenzi l-oħra kollha li jaġixxu bħala storbju. Il-metodu CRPH imur pass ieħor u jagħżel mhux biss il-frekwenza mixtieqa iżda wkoll il-fażi tal-kamp manjetiku li joxxilla bl-użu ta 'metodu msejjaħ sensing sinkroniku. Dan il-kunċett ta 'kejl Hall oscillating ilu magħruf, iżda l-metodu tradizzjonali ta' l-użu ta 'sistema ta' kolji elettromanjetiċi biex jiġġenera kamp manjetiku li joxxilla kien ineffettiv.
Skoperta preċedenti
Kif jiġri spiss fix-xjenza, l-avvanzi f’qasam wieħed huma mmexxija minn skoperti f’ieħor. Fl-2015, IBM Research irrapportat fenomenu mhux magħruf qabel fil-fiżika assoċjat ma 'effett ġdid ta' konfinament tal-kamp manjetiku msejjaħ l-effett "ġemel hump", li jseħħ bejn żewġ linji ta 'dipoli trasversali meta jaqbżu tul kritiku, kif muri fil-Figura 2a. L-effett huwa karatteristika ewlenija li tippermetti tip ġdid ta 'nassa manjetika naturali msejħa nassa parallela tal-linja dipole (nassa PDL), kif muri fil-Figura 2b. Nassa PDL manjetika tista 'tintuża bħala pjattaforma ġdida għal varjetà ta' applikazzjonijiet ta 'sensing bħal tiltmeter, seismometer (sensor tat-terremot). Sistemi ta’ sensuri ġodda bħal dawn, flimkien ma’ teknoloġiji ta’ dejta kbira, jistgħu jiftħu ħafna applikazzjonijiet ġodda, u qed jiġu esplorati mit-tim ta’ riċerka tal-IBM li qed jiżviluppa pjattaforma ta’ analiżi ta’ dejta kbira msejħa IBM Physical Analytics Integrated Repository Service (PAIRS), li fiha rikkezza ta’ ġeospazji. u dejta tal-Internet tal-Oġġetti (IoT).
B'mod sorprendenti, l-istess element PDL għandu applikazzjoni unika oħra. Meta mdawwar, iservi bħala sistema ideali ta 'esperiment ta' photo-Hall biex tikseb oxxillazzjoni armonika unidirezzjonali u pura tal-kamp manjetiku (Figura 2c). Aktar importanti minn hekk, is-sistema tipprovdi biżżejjed spazju biex tippermetti l-illuminazzjoni ta 'żona wiesgħa tal-kampjun, li hija kritika fl-esperimenti ta' photo-Hall.
Impatt
Il-metodu ġdid ta 'photo-hall li żviluppajna jippermettilna niġbdu ammont aqwa ta' informazzjoni minn semikondutturi. B'kuntrast ma 'tliet parametri biss miksuba fil-kejl Hall klassiku, dan il-metodu ġdid jagħti sa seba' parametri f'kull waħda mill-intensitajiet tad-dawl ittestjati. Dan jinkludi l-mobilità kemm tal-elettroni kif ukoll tat-toqob; il-konċentrazzjoni tat-trasportatur tagħhom taħt l-influwenza tad-dawl; tul il-ħajja tar-rikombinazzjoni; u t-tul tad-diffużjoni għal elettroni, toqob u tipi ambipolari. Dan kollu jista 'jiġi ripetut N darbiet (jiġifieri n-numru ta' parametri ta 'intensità tad-dawl użati fl-esperiment).
Din l-iskoperta u t-teknoloġija ġodda se jgħinu biex javvanzaw l-avvanzi tas-semikondutturi kemm fit-teknoloġiji eżistenti kif ukoll dawk emerġenti. Issa għandna l-għarfien u l-għodod meħtieġa biex niġbdu l-karatteristiċi fiżiċi tal-materjali semikondutturi fid-dettall kbir. Pereżempju, se tgħin biex tħaffef l-iżvilupp tat-teknoloġija tas-semikondutturi tal-ġenerazzjoni li jmiss, bħal pannelli solari aħjar, apparati optoelettroniċi aħjar, u materjali u apparati ġodda għal teknoloġiji ta 'intelliġenza artifiċjali.
artiklu ppubblikat fis-7 ta’ Ottubru 2019 fi .
Traduzzjoni: Nikolay Marin (), Uffiċjal Kap tat-Teknoloġija IBM fir-Russja u l-pajjiżi tas-CIS.
Sors: www.habr.com