Сканирующая туннельная микроскопия проста в использовании и имеет временное разрешение для измерения движения электронов в наноструктурах.

(Новости НанверкаПолупроводники являются важными компонентами современной энергетики, связи и многих других технологий. Исследования по разработке наноструктур с полупроводниковыми сердечниками для повышения производительности устройств ведутся уже несколько десятилетий.

Теперь, в исследовании, недавно опубликованном в Научные отчеты (Внешний: работающая оптическая накачка, зонд сканирующего туннельного микроскопа с временным разрешением в десятки пикосекунд.), исследователи из Университета Цукуба и партнер UNISOKU Co., LTD. содействие разработке технологии — простой в использовании сканирующей туннельной микроскопии с временным разрешением (СТМ) — для измерения движения электронов в наноструктурах в высоких временных масштабах и пространственном разрешении, что бесценно для улучшения характеристик наноструктур. Установка сканирующей туннельной микроскопии с временным разрешением. (Фото: Университет Цукуба)

Прохождение тока через полупроводник и, следовательно, его характеристики зависят от динамики носителей заряда. Эта динамика может быть очень быстрой. Например, их динамика может быть более чем в 10 миллиардов раз быстрее миллисекундного масштаба в мгновение ока. Оптический зонд накачки (OPP) STM — это новейший фундаментальный метод измерения и визуализации такой динамики в полупроводниках.

Однако современные средства измерения и системы визуализации слишком сложны для неспециалистов. Для получения и интерпретации данных необходимы специальные методы. Таким образом, простота эксплуатации и простота использования — это то, что исследователи стремились решить в этом исследовании.

«OPP STM — это фундаментальный метод измерения фотоиндуцированной динамики носителей заряда в наноструктурах, но он требует технических разработок для удовлетворения потребностей в сверхбыстрых наблюдениях», — объясняет профессор Хидэми Шигекава, старший автор. «Наши обновления OPP позволили STM изучить сверхбыструю динамику носителей в обычном полупроводниковом материале».

Исследователи сообщили об особенно примечательных методах, которые помогли улучшить производительность разработанной системы. Они внедрили механизм для электрического управления лазерными колебаниями, а также временем задержки между светом накачки и зонда и создали стабильную фотонную систему. Они использовали эту простую в использовании систему для измерения динамики сверхбыстрых носителей заряда на поверхности арсенида галлия.

Они также успешно применили свою технику для соединения несовершенств, таких как края градиента и террасы, с динамикой вектора заряда. Эта ассоциация была частично обеспечена высокой стабильностью изображения, что означает, что оно было выполнено в фиксированном положении светового пятна в течение 16-часового периода.

«Наша работа будет иметь неоценимое значение в таких областях, как технологии сверхбыстрой оптической связи и фотокатализ», — говорят исследователи. «Соединение лежащей в основе наноструктуры материала с соответствующими сегнетоэлектрическими свойствами с помощью этого простого в использовании метода предоставит фундаментальные знания, необходимые для улучшения функциональности полупроводниковых устройств».

В этой работе удалось расширить возможности OPP STM для изучения взаимосвязей между наноструктурой и функцией полупроводниковых материалов, таких как арсенид галлия, и низкоразмерных материалов. Экспериментальный дизайн, предназначенный непосредственно для исследователя, поможет исследователям в различных областях улучшить фотоэлектрические характеристики, например, интегральные схемы и светоизлучающие диоды для технологий сверхбыстрой оптической связи. Производительность OPP STM с временным разрешением может быть улучшена за счет оптимизации длины волны и временной ширины импульсного лазера; Ожидается существенное развитие.