IBM研究人员详细介绍了可以促进半导体发展的测量技术

听说过霍尔电压吗?爱德华·霍尔(Edward Hall)在1879年发现了它,它是垂直于导体电荷流动的电压,用于测量由磁场引起的运动的偏转。至关重要的是,它传达有关半导体中载流子的信息,包括负电子和正准粒子(称为“空穴”)的存在以及这些粒子在电场中的速度(及其密度)。

在发现霍尔效应后的一个多世纪中,来自韩国科学技术研究院KAIST,韩国化学技术研究院KRICT,杜克大学和IBM的研究人员声称已经发现了一种能够提取更多物质的技术。来自运营商的信息。本周发表在《自然》杂志上的一篇论文描述了该技术如何用于提取载流子寿命,扩散长度以及有关重组(电子和空穴相互ni灭的过程)的度量。

霍尔效应发现后的几项研究试图检验光子可以进行测量的程度。在这些早期的光霍尔实验中,光照明用于在半导体中生成多个载流子或电子-空穴对。但是,由于基本的霍尔效应只能提供对主导电荷载体(或多数载体)的见识,因此没有成功尝试同时揭示两种载体(多数和少数载体)的特性的尝试。

相比之下,这种最新的方法被称为载子分辨光霍尔(CRPH)测量,从黑暗中传统霍尔测量的已知多数载流子密度开始。然后引入具有已知照明强度的光,从而能够发现载流子寿命以及多数和少数载流子的迁移率和密度。

新的测量设备使编排比以前更容易-即称为平行偶极子线(PDL)阱的工具。IBM科学家四年前开发了PDL,同时研究了驼峰效应,当超过临界长度时,这种现象会发生在两行横向偶极子(成对的相等且带相反电荷的磁极)之间。但是这些研究人员后来发现,旋转PDL可以用作光霍尔实验的理想系统,部分原因是它具有足够的空间,可以为样品提供大面积照明。

事实证明,当信号微弱或存在不想要的噪声(例如在灯光下)时,执行干净的霍尔信号测量可能具有挑战性。最好使用可提供振荡磁场的PDL等系统来执行。CRPH通过一种称为锁定检测的方法,可以帮助选择目标信号的期望频率和磁场相位。

研究人员说,他们的光霍尔法可以重复记录半导体测量中的七个参数,而经典实验中的标准参数是三个。此外,他们说他们的发现和技术可以帮助推动现有技术和新兴技术的半导体进步。

“我们现在拥有提取半导体材料的物理特性的详细信息所需的知识和工具,”特约作者Oki Gunwan和Doug Bishop在IBM Research博客上发表的一篇文章中写道。“例如,这将有助于加快下一代半导体技术的发展,例如更好的太阳能电池,更好的光电设备以及用于人工智能技术的新材料和设备。”