Los investigadores de la Universidad de Tohoku han desarrollado una técnica que utiliza una esfera hueca para medir las propiedades electrónicas y ópticas de grandes cristales semiconductores. El enfoque, publicado en la revista Física Aplicada Express , mejora las técnicas actuales de espectroscopia de fotoluminiscencia y podría generar ahorros de energía para los productores en masa, y por lo tanto los consumidores, de dispositivos de potencia.

Los cristales semiconductores se utilizan para fabricar dispositivos electrónicos como chips de microprocesador y transistores. Los fabricantes deben poder detectar defectos en los cristales y probar su eficiencia de conversión de energía. Una forma de hacer esto es medir su 'eficiencia cuántica interna', o su capacidad para generar fotones a partir de electrones excitados por una corriente eléctrica o un láser de excitación. Los métodos actualmente disponibles limitan el tamaño de la muestra que se puede probar a la vez.

El científico de materiales avanzados Kazunobu Kojima de la Universidad de Tohoku y sus colegas idearon un enfoque modificado para la espectroscopia de fotoluminiscencia que puede probar muestras más grandes.

La espectroscopia de fotoluminiscencia estándar detecta la cantidad relativa de luz emitida por un cristal semiconductor cuando se ilumina con un láser de excitación. La energía luminosa se pierde a través de estos procesos de excitación y emisión, por lo que los científicos han estado experimentando con espectroscopía de fotoluminiscencia que usa una 'esfera integradora' para minimizar la pérdida de fotones, las partículas elementales de luz.

Las esferas integradoras recogen tanto la luz de excitación como la luz emitida por una muestra que se encuentra en su interior, donde la luz se refleja de manera difusa en el interior hasta que se dispersa uniformemente. La distribución uniforme de la luz mejora la precisión y repetibilidad de las pruebas internas de eficiencia cuántica. Pero esto significa que el tamaño del cristal que se está probando está limitado en última instancia por el tamaño de la esfera.

Kojima y sus colegas descubrieron que aún podían probar la eficiencia cuántica interna de un cristal cuando se colocaba directamente fuera de la esfera. permitiendo el uso de muestras más grandes.

Realizaron sus pruebas en un cristal semiconductor llamado nitruro de galio, que se usa comúnmente en LED y se espera que se use en dispositivos electrónicos debido a sus propiedades superiores.

"Esta espectroscopia de 'fotoluminiscencia omnidireccional' se puede utilizar para evaluar la calidad de cristales de gran tamaño o obleas semiconductoras, que son esenciales para la producción masiva de dispositivos de potencia, "dice Kojima, agregando que esto podría conducir al ahorro de energía y reducir los costos de producción.