研究者らが半導体の電子ダイナミクスを測定する革新的なツールを開発：洞察はよりエネルギー効率の高いチップと電子デバイスにつながる可能性がある

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光学ナノスコピーは、レーザービームを使用して自由電子を打ち、光を散乱させ、半導体材料内の電子分布とダイナミクスに関する洞察を提供します。 (画像提供: Laser Thermal Lab/UC Berkeley)

要約：
すべての携帯電話、ラップトップ、および自動運転車の心臓部には、その特性と最終的には性能が自由電子によって決定される小さな半導体があります。現在、カリフォルニア大学バークレー校の研究者は、これらの電子を測定する新しい方法を開発しました。これは、よりエネルギー効率の高い半導体材料とエレクトロニクスにつながる可能性があります。

研究者は、半導体の電子ダイナミクスを測定するための革新的なツールを開発します: 洞察は、よりエネルギー効率の高いチップと電子デバイスにつながる可能性があります

カリフォルニア州バークレー | 投稿日: 3 年 2023 月 XNUMX 日

Nano Letters で報告されているように、研究者は半導体の電子ダイナミクスを測定できる新しいタイプの光学ナノスコピーを実証しました。多くの日常的な電子デバイスのコンポーネントがすでにナノスケールになっているため、電子を高分解能で測定するための新しいツールが必要です。

「私たちの光学ナノスコピーは、近接場走査光学顕微鏡とポンププローブ光学を統合して、空間的および時間的スケールの両方で高解像度を可能にします」と、機械工学の教授であり、この研究の主任研究者であるコスタス・グリゴロプロスは述べています。「そしてこの技術は、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウムなどの幅広い半導体材料だけでなく、2D材料や強誘電体などの他のエキゾチックな材料にも適用できます。」

言い換えれば、光学ナノスコピーツールは、光学イメージングとレーザープロービング技術を組み合わせて使用し、ピコ秒およびナノメートルスケールで電子またはエネルギーキャリアを測定します。これらの測定により、エネルギーキャリアがどのように分布し、エネルギー効率やその他の特性に影響を与える可能性がある半導体材料内での挙動についての洞察が得られる可能性があります。

筆頭著者で Grigoropulos の Laser Thermal Lab のポスドク研究員である Jingang Li 氏によると、この研究は、携帯電話、LED、産業用太陽電池、センサーなどの半導体ベースの電子デバイスのエネルギー節約を調査し、さらに最適化するための重要なステップを表しています。

「集積回路内のチップ密度が高いため、電子の分布と輸送はデバイスの機能を制御するだけでなく、熱の発生と放散のプロセスも支配します」と Li 氏は述べています。「私たちのナノスコピーは、これらの密集したデバイスにおけるナノスケールの熱管理の調査を可能にします。」

半導体内の電子を測定するために、光学ナノスコピーは、超高速レーザーと、頂点の曲率が 30 ナノメートル未満の原子間力顕微鏡 (AFM) チップを使用します。研究者は、XNUMX つのレーザービーム (ポンプビームとプローブビーム) を AFM チップに照射します。最初のビームがサンプル内の電子を励起し、慎重に時間調整された遅延の後、XNUMX 番目のビームがチップに当たります。次に、第２のビームの散乱光を分析することにより、電子特性に関する局所情報を得ることができる。

Li は、光学ナノスコピーには、半導体材料中の電子を測定する以上の用途があるかもしれないと考えています。「これは汎用性の高い光学診断ツールであるため、相転移やデータストレージなど、他の多くの物理現象や機能デバイスの研究に使用できます」と彼は言いました。

この研究の他の共著者には、博士研究員の Yoonsoo Rho と Penghong Ci が含まれます。機械工学博士号学生のランディ・ヤンとマシュー・エリセイリ。材料科学と工学の教授、Junqiao Wu。この研究は、Laser Prismatics LLC によってサポートされました。

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