Настройка системы картирования переходной отражательной способности. (A) Схематическая иллюстрация устройства картирования переходного отражения. (B) Схематическая иллюстрация обнаружения широкого поля. (C) Распределение интенсивности импульсов на поверхности образца 2. Луч накачки был сфокусирован на поверхности (внутри красного пунктирного круга), в то время как зондирующий луч был расфокусирован для создания широкого поля обнаружения, отмеченного белым кружком. Область экспозиции отмечена синим прямоугольником, опорный луч (желтый пунктирный кружок) был сфокусирован непосредственно на целевой поверхности камеры. В реальных измерениях луч накачки был заблокирован фильтром длинного пропускания. Кредит: Наука (2022). DOI: 10.1126/science.abn4727

Кубический арсенид бора (c-BAs), полупроводник со сверхвысокой теплопроводностью, сравнимой с алмазом, привлекает широкое внимание с 2018 года, и многие люди задаются вопросом, подходит ли он для транзисторов.

Исследователи, пытающиеся ответить на этот вопрос, измерили эффект Холла для монокристалла c-BAs в 2021 году, получив разочаровывающе низкую цифру подвижности 22 см ² В ^-1 с ^-1. Кроме того, их результаты показали огромное расхождение между теоретическим значением подвижности 1400 см ² В ^-1 с ^-1 для электронов и 2110 см ² В ^-1 с ^-1 для дырок.

В исследовании, опубликованном в Science, группа Лю Синьфэна из Национального центра нанонауки и технологий (NCNST) Китайской академии наук (CAS) и сотрудники из Хьюстонского университета теперь получили точные данные о мобильности для c-BA. Они обнаружили, что амбиполярная подвижность к-БА составляет около 1550 см ² В ^-1 с ^-1 и более 3000 см² В ^-1 с ^-1 для горячих носителей с гораздо большей подвижностью.

Исследователи использовали особый оптический метод, называемый микроскопией нестационарной отражательной способности, для мониторинга диффузии носителей в c-BA.

Эта техническая установка, созданная Юэ Шуаем из группы Лю, обеспечивает визуализацию диффузии носителей на месте с пространственно-временным разрешением в нанометрах и фемтосекундах. Носители возбуждались фемтосекундным лазером, который создавал переходное изменение отражательной способности, регистрированная фемтосекундным лазером с временной задержкой (зондирующий луч).

Зондирующий пучок был расширен до широкого поля освещения; таким образом, пространственно-временную динамику носителей можно было визуализировать напрямую. Регулируя энергию возбуждающего лазера ниже или выше ширины запрещенной зоны, собственные носители и горячие носители могут быть возбуждены соответственно. Собственная подвижность носителей около 1550 см ² В ^-1 с ^-1 была измерена и хорошо соответствовала теоретическим предсказаниям.

За счет сверхслабой электрон-фононной и фонон-фононной связи в дальнейшем был получен долгоживущий горячий носитель с подвижностью более 3000 см ² В ^-1 с ^-1.

Исследователи заявили, что огромная разница между измерением эффекта Холла и оптическим измерением связана с широким распространением дефектов в образце. Другими словами, только небольшая область была достаточно чистой для диффузии носителей.

«После года напряженной работы мы наконец нашли регион», — сказал Юэ, первый автор статьи. «Это было слишком мало для измерения Холла».

Лю сказал, что высокая мобильность и сверхвысокая теплопроводность c-BA делают его «многообещающим материалом» в широкой области электрических схем и помогут повысить скорость процессора.