La impureza de carbono ha obstaculizado durante mucho tiempo la eficiencia de los dispositivos electrónicos y ópticos basados ​​en nitruros. Pero los investigadores de la Universidad de Tohoku, han descubierto un método que puede detectar rápidamente las impurezas de carbono utilizando la luz.

El uso de diodos emisores de luz (LED) azules y blancos que usan semiconductores de nitruro, específicamente nitruro de indio y galio (InGaN) y nitruro de galio (GaN), ha llevado a un fuerte aumento en la eficiencia energética. Naturalmente, Los investigadores han intentado replicar esto en aplicaciones ópticas y electrónicas utilizando semiconductores de nitruro. Sin embargo, surge un problema común debido a la impureza de carbono, que degrada significativamente el rendimiento.

La impureza de carbono conduce a trampas profundas, un defecto electrónico indeseable por el cual el rendimiento se reduce sustancialmente. Sin embargo, La detección de impurezas de carbono en cristales semiconductores es un proceso costoso y que requiere mucho tiempo. Algunos métodos requieren la creación de electrodos adicionales en el cristal. Por lo tanto, aumentando los costos e inhibiendo la velocidad de inspección. Otros métodos dan como resultado la rotura de cristales de nitruro; por lo tanto, inutilizando los cristales.

Sin embargo, Profesor asociado del Instituto de Investigación Multidisciplinaria de Materiales Avanzados de la Universidad de Tohoku, Kazunobu Kojima y su equipo resolvieron este problema creando una forma de identificar las impurezas de carbono mediante una técnica de sondeo que utiliza luz que no hace contacto físico con los cristales. La técnica se denomina espectroscopia de fotoluminiscencia omnidireccional (ODPL).

El proceso de ODPL implica en primer lugar iluminar un cristal, como GaN, a través de luz externa. La luz exterior es absorbida por el cristal, estimulándolo así. Para volver a su estado inicial, por lo tanto, el cristal crea una luz para disipar el exceso de energía.

El uso de ODPL permite la evaluación rápida de la eficiencia de la fotoluminiscencia con alta precisión. Dado que la impureza de carbono reduce la eficiencia de la fotoluminiscencia, los investigadores también pueden determinar la concentración de carbono evaluando la eficiencia de PL.

El profesor Kojima explicó los beneficios de tal sistema. "Las tecnologías de sondeo óptico son inmensamente beneficiosas debido a su naturaleza no destructiva. Al usar luz, podemos por lo tanto, ayudar a detectar la impureza de carbono que, en última instancia, es un obstáculo para los dispositivos de GaN, como LED y transistores de potencia ".

Un beneficio adicional de la espectroscopía ODPL es que no solo se limita a la aplicación basada en semiconductores de nitruro. Puede comprobar cualquier material emisor de luz que contenga propiedades ópticas y electrónicas. Un ejemplo serían las perovskitas, que se utiliza actualmente en la fabricación de células solares de alta eficiencia.