IBM Research kompaniyasi mualliflarining maqolasi tarjimasi.
Fizikadagi muhim yutuq yarimo'tkazgichlarning fizik xususiyatlarini ancha batafsil o'rganishga imkon beradi. Bu keyingi avlod yarimo'tkazgich texnologiyasining rivojlanishini tezlashtirishga yordam berishi mumkin.
Mualliflar:
— Xodim aʼzosi, IBM Research
Dag Bishop - IBM Research kompaniyasining xarakterlash muhandisi
Yarimo'tkazgichlar bugungi raqamli elektron asrning asosiy qurilish bloklari bo'lib, bizni zamonaviy hayotimizga foyda keltiradigan turli xil qurilmalar, masalan, kompyuterlar, smartfonlar va boshqa mobil qurilmalar bilan ta'minlaydi. Yarimo'tkazgichlar funksionalligi va unumdorligidagi yaxshilanishlar, shuningdek, hisoblash, sezish va energiyani konvertatsiya qilishda keyingi avlod yarimo'tkazgich ilovalariga ham imkon beradi. Tadqiqotchilar yarimo'tkazgich qurilmalari va ilg'or yarimo'tkazgich materiallari ichidagi elektron zaryadlarni to'liq tushunish qobiliyatimizdagi cheklovlarni engib o'tish uchun uzoq vaqt kurash olib borishdi.
Jurnaldagi yangi tadqiqotda IBM Research boshchiligidagi tadqiqot hamkorligi fizikadagi 140 yillik sirni yechishdagi hayajonli yutuqni tasvirlaydi, bu bizga yarimo'tkazgichlarning fizik xususiyatlarini ancha batafsil o'rganish va yangi va takomillashtirilgan yarimo'tkazgich materiallarini ishlab chiqish imkonini beradi.
Yarimo'tkazgichlar fizikasini chinakam tushunish uchun biz birinchi navbatda materiallar ichidagi zaryad tashuvchilarning asosiy xususiyatlarini, ular manfiy yoki musbat zarralar bo'ladimi, ularning qo'llaniladigan elektr maydonidagi tezligi va material ichida qanchalik zich joylashganligini tushunishimiz kerak. Fizik Edvin Xoll 1879 yilda magnit maydon o'tkazgich ichidagi elektron zaryadlarning harakatini og'ishini va burilish miqdorini zaryadlangan oqimning yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan potentsial farq sifatida o'lchash mumkinligini aniqlaganida, bu xususiyatlarni aniqlash yo'lini topdi. zarralar, 1a-rasmda ko'rsatilganidek. Hall kuchlanishi deb nomlanuvchi bu kuchlanish yarimo‘tkazgichdagi zaryad tashuvchilar haqida muhim ma’lumotlarni ochib beradi, ular manfiy elektronlarmi yoki “teshik” deb ataladigan musbat kvazizarralarmi, elektr maydonida qanchalik tez harakat qilishlari yoki ularning “harakatchanligi” (µm) ), va ularning konsentratsiyasi (n) yarimo'tkazgich ichidagi.
140 yillik sir
Xoll kashfiyotidan o'n yillar o'tgach, tadqiqotchilar Xoll effektini yorug'lik yordamida o'lchash mumkinligini aniqladilar - foto-Xall deb nomlangan tajribalar, 1b-rasmga qarang. Bunday tajribalarda yorug'lik yoritilishi yarimo'tkazgichlarda bir nechta tashuvchilarni yoki elektron teshik juftlarini hosil qiladi. Afsuski, bizning asosiy Hall effekti haqidagi tushunchamiz faqat ko'pchilik (yoki ko'pchilik) zaryad tashuvchilarni tushunish imkonini berdi. Tadqiqotchilar bir vaqtning o'zida ikkala ommaviy axborot vositalaridan (asosiy va asosiy bo'lmagan) parametrlarni chiqara olmadilar. Bunday ma'lumotlar quyosh panellari va boshqa optoelektronik qurilmalar kabi yorug'lik bilan bog'liq ko'plab ilovalar uchun kalit hisoblanadi.
IBM Research jurnali tadqiqoti Xoll effektining uzoq vaqtdan beri saqlanib qolgan sirlaridan birini ochib beradi. Koreya Ilg'or Fan va Texnologiya Instituti (KAIST), Koreya Kimyoviy Texnologiyalar Tadqiqot Instituti (KRICT), Dyuk Universiteti va IBM tadqiqotchilari bir vaqtning o'zida asosiy va asosiy bo'lmagan ma'lumotlarni olish imkonini beruvchi yangi formula va texnikani kashf etdilar. tashuvchilar, masalan, ularning konsentratsiyasi va harakatchanligi, shuningdek, tashuvchining ishlash muddati, diffuziya uzunligi va rekombinatsiya jarayoni haqida qo'shimcha ma'lumot oladi.
Aniqroq aytganda, foto-Xall tajribasida ikkala tashuvchi ham o'tkazuvchanlik (s) va Hall koeffitsienti (H, Hall kuchlanishining magnit maydonga nisbati bilan mutanosib) o'zgarishiga hissa qo'shadi. Asosiy tushunchalar yorug'lik intensivligining funktsiyasi sifatida o'tkazuvchanlik va Hall koeffitsientini o'lchashdan kelib chiqadi. O'tkazuvchanlik-Hall koeffitsienti egri (s-H) shaklida yashiringan printsipial jihatdan yangi ma'lumotlarni ko'rsatadi: ikkala tashuvchining harakatchanligidagi farq. Maqolada muhokama qilinganidek, bu munosabatni oqlangan tarzda ifodalash mumkin:
$$displey$$ Dµ = d (s²H)/ds$$displey$$
Zulmatda an'anaviy Hall o'lchovidan ma'lum bo'lgan ko'pchilik tashuvchining zichligidan boshlab, biz ko'pchilik va ozchilik uchun tashuvchining harakatchanligi va zichligini yorug'lik intensivligi funktsiyasi sifatida aniqlashimiz mumkin. Jamoa yangi o'lchov usulini nomladi: Carrier-Resolved Photo Hall (CRPH). Yorug'lik yoritilishining ma'lum intensivligi bilan tashuvchining ishlash muddati xuddi shunday tarzda o'rnatilishi mumkin. Bu aloqa va uning yechimlari Xoll effekti kashf etilganidan beri deyarli bir yarim asr davomida yashiringan.
Ushbu nazariy tushunishdagi yutuqlardan tashqari, eksperimental usullardagi yutuqlar ham ushbu yangi usulni qo'llash uchun juda muhimdir. Usul Hall signalini sof o'lchashni talab qiladi, bu Hall signali zaif bo'lgan materiallar uchun (masalan, past harakatchanlik tufayli) yoki kuchli yorug'lik nurlanishida bo'lgani kabi qo'shimcha kiruvchi signallar mavjud bo'lganda qiyin bo'lishi mumkin. Buning uchun tebranuvchi magnit maydon yordamida Hall o'lchovini bajarish kerak. Xuddi radio tinglashda bo'lgani kabi, shovqin sifatida ishlaydigan barcha boshqa chastotalarni tashlab, kerakli stantsiyaning chastotasini tanlashingiz kerak. CRPH usuli bir qadam oldinga boradi va sinxron sezish deb ataladigan usul yordamida nafaqat kerakli chastotani, balki tebranuvchi magnit maydonning fazasini ham tanlaydi. Tebranuvchi Hall o'lchovining bu kontseptsiyasi uzoq vaqtdan beri ma'lum, ammo tebranish magnit maydonini yaratish uchun elektromagnit bobinlar tizimidan foydalanishning an'anaviy usuli samarasiz edi.
Oldingi kashfiyot
Ilm-fanda tez-tez sodir bo'lganidek, bir sohadagi yutuqlar boshqa sohadagi kashfiyotlar bilan bog'liq. 2015-yilda IBM Research kompaniyasi fizikada ilgari noma'lum bo'lgan yangi magnit maydonni cheklash effekti bilan bog'liq bo'lgan "tuya tepasi" effekti bilan bog'liqligini xabar qildi, bu ko'ndalang dipollarning ikkita chizig'i o'rtasida kritik uzunlikdan oshib ketganda paydo bo'ladi, 2a-rasmda ko'rsatilgan. Effekt 2b-rasmda ko'rsatilganidek, parallel dipol chiziqli tuzoq (PDL trap) deb ataladigan yangi turdagi tabiiy magnit tuzoqqa imkon beruvchi asosiy xususiyatdir. Magnit PDL tuzog'i tiltmetr, seysmometr (zilzila sensori) kabi turli xil sezgir ilovalar uchun yangi platforma sifatida ishlatilishi mumkin. Bunday yangi sensorli tizimlar katta ma'lumotlar texnologiyalari bilan birgalikda ko'plab yangi ilovalarni ochishi mumkin va ularni IBM Research jamoasi ko'plab geofazoviy ma'lumotlarni o'z ichiga olgan IBM Physical Analytics Integrated Repository Service (PAIRS) deb nomlangan katta ma'lumotlarni tahlil qilish platformasini ishlab chiqmoqda. va narsalar interneti ma'lumotlari (IoT).
Ajablanarlisi shundaki, xuddi shu PDL elementi yana bir noyob dasturga ega. Aylanganda u magnit maydonning bir yo'nalishli va sof garmonik tebranishini olish uchun ideal foto-zal eksperiment tizimi bo'lib xizmat qiladi (2c-rasm). Eng muhimi shundaki, tizim namunaning keng maydonini yoritishga imkon beradigan etarli joyni ta'minlaydi, bu foto-hall tajribalarida juda muhimdir.
Ta'sir
Biz ishlab chiqqan yangi foto-zal usuli yarimo'tkazgichlardan ajoyib hajmdagi ma'lumotlarni olish imkonini beradi. Klassik Hall o'lchovida olingan uchta parametrdan farqli o'laroq, bu yangi usul sinovdan o'tgan yorug'lik intensivligining har birida ettitagacha parametrni beradi. Bunga elektronlar va teshiklarning harakatchanligi kiradi; yorug'lik ta'sirida ularning tashuvchisi kontsentratsiyasi; rekombinatsiyaning ishlash muddati; va elektronlar, teshiklar va ambipolyar turlari uchun diffuziya uzunligi. Bularning barchasi N marta takrorlanishi mumkin (ya'ni, tajribada ishlatiladigan yorug'lik intensivligi parametrlari soni).
Ushbu yangi kashfiyot va texnologiya yarimo'tkazgichlarning mavjud va rivojlanayotgan texnologiyalarda rivojlanishiga yordam beradi. Endi bizda yarimo'tkazgich materiallarining fizik xususiyatlarini batafsil aniqlash uchun zarur bo'lgan bilim va vositalar mavjud. Masalan, yaxshi quyosh panellari, yaxshi optoelektronik qurilmalar va sun'iy intellekt texnologiyalari uchun yangi materiallar va qurilmalar kabi yangi avlod yarimo'tkazgich texnologiyasini rivojlantirishni jadallashtirishga yordam beradi.
7 yil 2019 oktyabrda chop etilgan maqola .
Tarjima: Nikolay Marin (), IBMning Rossiya va MDH mamlakatlaridagi bosh texnologiya direktori.
Manba: www.habr.com