Исследователи из университета штата Огайо утверждают, что им удалось преодолеть основное препятствие на пути к созданию высокоэффективных источников излучения и фотоэлементов. Речь идет о создании гибридных материалов, которые практически не имеют дефектов кристаллической решетки.
Ученым удалось вырастить тонкие пленки полупроводниковых материалов типа АIIIВV, куда входят такие элементы, как галлий и мышьяк. Материалы этого типа испускают и поглощают свет более эффективно, чем кремниевые полупроводники. Многие годы различные лаборатории пытались объединить достоинства полупроводников двух разных типов, однако заметных успехов в этой сфере не наблюдалось.
В основе разработки американских ученых – идея “виртуального субстрата”, т.е. пленки такого типа, которая может покрывать полупроводники многих других типов. Ученым удалось создать многослойные структуры, нижняя часть которых представлена кремниевым полупроводником, поверхность – из арсенида галлия, а между ними расположены слои гибридных материалов кремниево-германиевого типа. Толщина промежуточного слоя – 0,7 мм, поверхностного – всего 3 микрона.
Попытки создать пленку арсенида галлия на поверхности кремния предпринимались и ранее, но эти пленки неизменно содержали дефекты кристаллической решетки, вызванные неправильной укладкой атомных слоев. Именно эти дефекты и не позволяли достичь эффективного переноса заряда в полупроводнике – электроны попадают в ловушки, создаваемые дефектами. Обычно эффективность переноса заряда в фотоэлементах характеризуется временем его жизни или же расстоянием свободного пробега (до попадания в ловушку). Максимальное время жизни заряда в полупроводнике, достигутое к настоящему времени, составляло 2 наносекунды. Исследователям из университета штата Огайо удалось создать пленки, в которых время жизни превышает 10 наносекунд. Для получения пленки арсенида галлия использовался метод молекулярно-пучковой эпитаксии, образующиеся дефекты обнаруживали при помощи трансмиссионной электронной микроскопии.
Ученые продемонстрировали эффективность созданных образцов. Фотоэлемент площадью в несколько квадратных сантиметров преобразовывал световую энергию в электричество с эффективностью 17%. Светоизлучающий диод на основе новых материалов показал такую же яркость излучения, как и лучшие образцы современных светодиодов традиционного типа.
по материалам Ohio State University
