HZB物理學(xué)家開發(fā)了一種新的方法，可以在一次測量中全面表征半導(dǎo)體。 “恒定光誘導(dǎo)磁輸運(yùn)（CLIMAT）”基于霍爾效應(yīng)，可以記錄負(fù)電荷載流子和正電荷載流子的輸運(yùn)性質(zhì)的14個(gè)不同參數(shù)。該方法現(xiàn)已在十二種不同的半導(dǎo)體材料上進(jìn)行了測試，將為評估太陽能電池等光電應(yīng)用的新材料節(jié)省寶貴的時(shí)間。
太陽能電池、晶體管、探測器、傳感器和LED都有一個(gè)共同點(diǎn)：它們由半導(dǎo)體材料制成，只有當(dāng)它們被光（光子）擊中時(shí)，它們的電荷載體才會被釋放。光子將電子（負(fù)電荷載體）從它們的軌道上擊出，電子穿過材料，直到在一定時(shí)間后再次被捕獲。同時(shí)，在電子缺失的地方會產(chǎn)生空穴——這些空穴表現(xiàn)得像帶正電荷的電荷載體，對各自應(yīng)用的性能也很重要。半導(dǎo)體中負(fù)電荷載體和正電荷載體的行為在遷移率、擴(kuò)散長度和壽命方面通常相差幾個(gè)數(shù)量級。
到目前為止，傳輸特性的參數(shù)必須使用不同的測量方法，針對每種類型的電荷分別確定。
單次測量作為Maria Sklodowska Curie博士后獎(jiǎng)學(xué)金的一部分，HZB物理學(xué)家Artem Musiienko博士現(xiàn)已開發(fā)出一種新方法，可以在一次測量中記錄正負(fù)電荷載流子的所有14個(gè)參數(shù)。“恒定光誘導(dǎo)磁輸運(yùn)（CLIMAT）”使用垂直穿過樣品的磁場和恒定光源進(jìn)行電荷分離。電荷載流子沿著電場移動(dòng)，并根據(jù)其質(zhì)量、遷移率和其他性質(zhì)被垂直于其運(yùn)動(dòng)方向的磁場偏轉(zhuǎn)（霍爾效應(yīng)）。Musiienko用一個(gè)簡潔的方程組展示了從信號中可以確定總共14個(gè)不同的屬性，特別是不同電荷載體的信號之間的差異。正電荷和負(fù)電荷載體Musiienko說：“CLIMAT因此通過一次測量，全面深入地了解了正負(fù)電荷載體的復(fù)雜電荷傳輸機(jī)制。這使我們能夠更快地評估新型半導(dǎo)體材料，例如，評估它們作為太陽能電池或其他應(yīng)用的適用性�！�
為了證明新方法的廣泛適用性，HZB、波茨坦大學(xué)以及美國、瑞士、英國和烏克蘭其他機(jī)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已使用該方法對總共12種非常不同的半導(dǎo)體材料進(jìn)行了表征，包括硅、鹵化物鈣鈦礦薄膜、有機(jī)半導(dǎo)體（如Y6）、半絕緣體、自組裝單層和納米粒子。研究結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在《自然·通訊》上。美國羅格斯大學(xué)維塔利·波佐羅夫教授等獨(dú)立專家在《自然·電子》雜志上為CLIMAT方法打出了16分中的15分，并認(rèn)為這種新方法是開創(chuàng)性的。特別是，CLIMAT消除了以前不同測量所需的許多步驟，從而節(jié)省了寶貴的時(shí)間。2024年初，CLIMAT方法被歐洲專利局批準(zhǔn)為專利，編號為EP23173681.0。Musiienko說：“目前正在與公司就我們的方法進(jìn)行許可談判”。目標(biāo)是制造一個(gè)大約筆記本電腦大小的緊湊型測量設(shè)備。
