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Habilitación de mejores dispositivos optoelectrónicos con una fina película de yoduro cuproso


Figura 1: Una película delgada de cristales de yoduro cuproso (azul) sobre un sustrato de arseniuro de indio (amarillo). La pureza de la muestra se probó al iluminar la superficie con fotones para crear pares de electrones y huecos (esferas roja y azul) y monitorear la luz emitida (rayos blancos). Crédito: © 2021 Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente

Se podrían realizar mejores dispositivos optoelectrónicos utilizando una película de yoduro cuproso de alta calidad.

Los físicos de RIKEN han fabricado una fina película de yoduro cuproso sin defectos, formada por un solo cristal.1. La muestra atómicamente plana es un impulso para producir mejores semiconductores.

Los semiconductores se encuentran en el corazón de muchos dispositivos optoelectrónicos, incluidos los láseres y los diodos emisores de luz (LED). A los ingenieros les encantaría usar yoduro cuproso, un ejemplo de un compuesto de haluro, para semiconductores porque es un conductor excelente que es estable por encima de la temperatura ambiente. El problema es que es difícil fabricar una película realmente delgada de yoduro cuproso sin impurezas. El método habitual consiste en depositar la película a partir de una solución. “Pero un proceso de solución no puede producir una película delgada de alta calidad a partir de yoduro cuproso”, dice Masao Nakamura del Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente.

En cambio, Nakamura y sus colaboradores utilizaron una técnica alternativa conocida como epitaxia de haz molecular, en la que la película se hace crecer gradualmente sobre un sustrato, a una temperatura elevada y al vacío. La epitaxia de haz molecular ya se emplea comúnmente en la fabricación de semiconductores. Pero es difícil de usar para el yoduro cuproso porque el material es muy volátil, lo que significa que se evapora fácilmente durante el proceso, en lugar de asentarse en una película. Para superar esta dificultad, el equipo comenzó a hacer crecer su película a una temperatura más baja y luego aumentó la temperatura. “Este proceso de dos pasos que desarrollamos recientemente fue muy eficaz”, dice Nakamura.

El equipo tenía otro truco para mejorar la calidad de su película. Eligieron arseniuro de indio como sustrato ya que su espaciamiento de celosía es muy similar al del yoduro cuproso. “Si el espaciado de la celosía no coincide bien, se formarán muchos defectos en el material”, explica Nakamura.

Luego, Nakamura y sus colegas probaron la pureza de su muestra utilizando una técnica llamada espectroscopía de fotoluminiscencia, que consiste en disparar fotones, o partículas de luz, en la superficie del material. Estos fotones son absorbidos por el material, excitando sus electrones a un estado de mayor energía y provocando que emitan nuevos fotones (Fig. 1). El monitoreo de la luz emitida permitió al equipo determinar que habían creado una película de monocristal, libre de defectos. “Esperábamos que la calidad mejorara con nuestro método”, dice Nakamura. “Pero los resultados superaron nuestras expectativas”.

Nakamura y su equipo ahora planean emparejar semiconductores hechos de diferentes haluros e investigar nuevas propiedades que surjan. “Exploraremos nuevas funcionalidades y físicas emergentes en las interfaces de haluro”, dice Nakamura.

Referencia: “Crecimiento heteroepitaxial de películas de yoduro cuproso con banda prohibida amplia que exhiben una emisión clara de excitón libre” por S. Inagaki, M. Nakamura, Y. Okamura, M. Ogino, Y. Takahashi, LC Peng, XZ Yu, Y. Tokura y M . Kawasaki, 5 de enero de 2021, Letras de física aplicada.
DOI: 10.1063 / 5.0036862



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