Un físico de HZB ha desarrollado un nuevo método para la caracterización integral de semiconductores en una sola medición. El "Magnetotransporte inducido por luz constante (CLIMAT)" se basa en el efecto Hall y permite registrar 14 parámetros diferentes de las propiedades de transporte de portadores de carga positivos y negativos.
El método se ha probado ahora en doce materiales semiconductores diferentes y ahorrará un tiempo valioso en la evaluación de nuevos materiales para aplicaciones optoelectrónicas como las células solares.
Las células solares, los transistores, los detectores, los sensores y los LED tienen una cosa en común:están hechos de materiales semiconductores cuyos portadores de carga sólo se liberan cuando son impactados por la luz (fotones). Los fotones expulsan de sus órbitas a los electrones (portadores de carga negativa), que se mueven a través del material hasta que son capturados nuevamente después de un cierto tiempo.
Al mismo tiempo, en los lugares donde faltan electrones se crean agujeros que se comportan como portadores de carga positiva y que también son importantes para el funcionamiento de la aplicación respectiva. El comportamiento de los portadores de carga negativos y positivos en los semiconductores a menudo difiere en órdenes de magnitud en términos de movilidad, longitudes de difusión y vida útil.
Hasta ahora, los parámetros de las propiedades de transporte debían determinarse por separado para cada tipo de carga, utilizando diferentes métodos de medición.
Como parte de su beca postdoctoral Maria Skłodowska Curie, el físico de HZB, Dr. Artem Musiienko, ha desarrollado un nuevo método que puede registrar los 14 parámetros de los portadores de carga positivos y negativos en una sola medición.
El "Magnetotransporte inducido por luz constante (CLIMAT)" utiliza un campo magnético verticalmente a través de la muestra y una fuente de luz constante para la separación de cargas. Los portadores de carga se mueven a lo largo de un campo eléctrico y son desviados por el campo magnético perpendicularmente a su dirección de movimiento (efecto Hall) según su masa, movilidad y otras propiedades.
A partir de las señales y, en particular, de las diferencias entre las señales de los diferentes portadores de carga se pueden determinar un total de 14 propiedades diferentes, como demostró Musiienko con un pequeño y elegante sistema de ecuaciones.
"De este modo, CLIMAT proporciona con una sola medición una visión completa de los complicados mecanismos del transporte de carga, tanto positivos como negativos. Esto nos permite evaluar mucho más rápidamente nuevos tipos de materiales semiconductores, por ejemplo, en cuanto a su idoneidad como células solares. o para otras aplicaciones", afirma Musiienko.
Para demostrar la amplia aplicabilidad del nuevo método, equipos de investigación del HZB, la Universidad de Potsdam y otras instituciones de EE. UU., Suiza, el Reino Unido y Ucrania lo han utilizado para caracterizar un total de doce materiales semiconductores muy diferentes, incluidos silicio, películas de perovskita de haluro, semiconductores orgánicos como Y6, semiaislantes, monocapas autoensambladas y nanopartículas. Los resultados ahora se han publicado en Nature Communications.
Expertos independientes como el profesor Vitaly Podzorov de la Universidad de Rutgers, EE. UU., otorgaron al método CLIMAT 15 de 16 puntos en Nature Electronics y considera que el nuevo método es innovador.
En particular, CLIMAT elimina muchos de los pasos que antes se requerían para diferentes mediciones, ahorrando así un tiempo valioso. A principios de 2024, la Oficina Europea de Patentes aprobó la patente del método CLIMAT con el número EP23173681.0. "Actualmente se están negociando con empresas la concesión de licencias para nuestro método", afirma Musiienko. El objetivo es un dispositivo de medición compacto, del tamaño de un cuaderno.
Más información: Artem Musiienko et al, Resolución de las propiedades de transporte de electrones y huecos en materiales semiconductores mediante transporte magnético constante inducido por luz, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44418-1
Proporcionado por la Asociación Helmholtz de Centros de Investigación Alemanes
