Estructura cristalina de la perovskita Ca inversa 3 Semiconductor de SiO
NIMS y el Instituto de Tecnología de Tokio han descubierto conjuntamente que el compuesto químico Ca 3 SiO es un semiconductor de transición directa, lo que lo convierte en un componente detector de infrarrojos y LED de infrarrojos potencialmente prometedor. Este compuesto, compuesto de calcio, silicio y oxígeno:es barato de producir y no es tóxico. Muchos de los semiconductores infrarrojos existentes contienen elementos químicos tóxicos, como cadmio y telurio. California 3 El SiO se puede utilizar para desarrollar semiconductores de infrarrojo cercano menos costosos y más seguros.
Las longitudes de onda infrarrojas se han utilizado para muchos propósitos, incluidas las comunicaciones por fibra óptica, dispositivos de generación de energía fotovoltaica y visión nocturna. Semiconductores existentes capaces de emitir radiación infrarroja (es decir, semiconductores de transición directa) contienen compuestos químicos tóxicos, tales como telururo de mercurio cadmio y arseniuro de galio. Los semiconductores infrarrojos libres de elementos químicos tóxicos generalmente no pueden emitir radiación infrarroja (es decir, semiconductores de transición indirecta). Es deseable desarrollar dispositivos infrarrojos de alto rendimiento utilizando no tóxicos, semiconductores de transición directa con una banda prohibida en el rango de infrarrojos.
Convencionalmente las propiedades semiconductoras de los materiales, como la banda prohibida de energía, han sido controlados mediante la combinación de dos elementos químicos que se encuentran en el lado izquierdo y derecho de los elementos del grupo IV, como III y V o II y VI. En esta estrategia convencional, La brecha de banda de energía se vuelve más estrecha al usar elementos más pesados:en consecuencia, esta estrategia ha llevado al desarrollo de semiconductores de transición directa compuestos por elementos tóxicos, tales como telururo de mercurio cadmio y arseniuro de galio. Para descubrir semiconductores de infrarrojos libres de elementos tóxicos, este grupo de investigación adoptó un enfoque poco convencional:se centraron en estructuras cristalinas en las que los átomos de silicio se comportan como aniones tetravalentes en lugar de su estado catiónico tetravalente normal. El grupo finalmente eligió oxisilicidas (por ejemplo, California 3 SiO) y oxigenérmanidas con estructura cristalina de perovskita inversa, los sintetizó, evaluó sus propiedades físicas y realizó cálculos teóricos. Estos procesos revelaron que estos compuestos exhiben una brecha de banda muy pequeña de aproximadamente 0.9 eV a una longitud de onda de 1.4 μm, indicando su gran potencial para servir como semiconductores de transición directa. Estos compuestos con una pequeña banda prohibida directa pueden ser potencialmente efectivos para absorber, detectar y emitir longitudes de onda infrarrojas largas incluso cuando se procesan en películas delgadas, haciéndolos materiales semiconductores de infrarrojo cercano muy prometedores para su uso en fuentes de infrarrojos (por ejemplo, LED) y detectores.
En futuras investigaciones, planeamos desarrollar LED infrarrojos de alta intensidad y detectores infrarrojos de alta sensibilidad sintetizando estos compuestos en forma de grandes monocristales, desarrollando procesos de crecimiento de películas delgadas y controlando sus propiedades físicas a través del dopaje y transformándolas en soluciones sólidas. Si estos esfuerzos dan fruto, Los elementos químicos tóxicos que se utilizan actualmente en los semiconductores de infrarrojo cercano existentes pueden sustituirse por otros no tóxicos.
