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研究人员开发一种用于测量半导体电子动力学的创新工具

2023-02-03 17:44 来源:激光网     

光学纳米学的图像,它使用激光束撞击自由电子,散射光并提供对半导体材料内电子分布和动力学的见解。(图片由激光热实验室/加州大学伯克利分校提供)

  据《纳米快报》报道,研究人员展示了一种新型的光学纳米学,可以测量半导体中的电子动力学,随着对更小、更快的集成电路的需求增长,这项任务变得越来越具有挑战性。由于许多日常电子设备的组件已经达到纳米级,因此需要新的工具来测量高分辨率的电子。

  “我们的光学纳米学集成了近场扫描光学显微镜和泵浦探针光学器件,以实现空间和时间尺度的高分辨率,”机械工程教授兼该研究的首席研究员Costas Grigoropoulos说。“这项技术可以应用于广泛的半导体材料,包括硅,锗和砷化镓以及其他特殊材料,如2D材料和铁电体。

  换句话说,光学纳米学工具使用光学成像和激光探测技术的组合来测量皮秒和纳米尺度的电子或能量载体。这些测量可以深入了解能量载体的分布方式以及它们在半导体材料中的行为方式,这可能会影响能源效率和其他特性。

  根据Grigoropoulos激光热实验室的主要作者和博士后研究员Jinang Li的说法,这项研究代表了研究和进一步优化基于半导体的电子设备(如手机,LED,工业太阳能电池和传感器)节能的重要一步。

  “随着集成电路中芯片的高密度,电子分布和传输不仅控制器件功能,而且还控制热量的产生和散热过程,”李说,“我们的纳米学将能够研究这些密集封装器件中的纳米级热管理。

  为了测量半导体中的电子,光学纳米学采用超快激光器和顶点曲率小于30纳米的原子力显微镜(AFM)尖端。研究人员将两束激光束 - 泵浦束和探针束 - 照射到AFM尖端。第一束激发样品中的电子,经过精心定时的延迟后,第二束撞击尖端。然后,通过分析第二束的散射光,可以获得电子性质的局部信息。

  Li认为光学纳米学的应用可能不仅仅是测量半导体材料中的电子。“因为它是一种多功能的光学诊断工具,它可以用来研究许多其他物理现象和功能设备,如相变和数据存储,”他说。

  这项研究的其他合著者包括博士后研究员Yoonsoo Rho和Penghong Ci;机械工程博士生杨润迪和马修·埃利切里;材料科学与工程教授吴俊桥。这项研究得到了Laser Prismatics LLC的支持。

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