最近，美国加州伯克利大学的研究人员展示了一种新型光学纳米显微镜，用以测量半导体中的电子动力。随着对更小更高效集成电路的需求增长，测量自由电子变得更具挑战性。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。
光学纳米显微镜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。（图片来源：加州大学伯克利分校激光热实验室）
光学纳米显微镜工具结合了光学成像和激光探测技术，以皮秒和纳米尺度测量电子或能量载体。这些测量结果可以使得人们更加深入地了解能量载体是如何分布的，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性能。
“由于集成电路中芯片密度高，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，”报告的主要作者Li Jingang说，“我们的纳米显微镜将有助于研究这些密集封装器件中的纳米级热管理。
这项成果是在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）节能领域的重要一步。
为测量半导体中的电子，光学纳米显微镜采用超快激光器和顶点曲率小于30 nm的原子力显微镜（AFM）探针。研究人员将两束激光束——一束泵浦光束和一束探测光束——照射到AFM探针上。第一束激发样品中的电子，经过仔细计时的延迟后，第二束撞击探针。然后，通过分析第二束的散射光，可以获得电子性能的内部信息。
Li Jingang 认为光学纳米显微镜可能不会止步于测量半导体材料中的电子。他说：“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的物理现象和功能设备，如相变和数据存储。”
