IBM deelt meettechniek voor betere halfgeleiders

Onderzoekers van IBM, het Korea Advanced Institute of Science and Technology, Korea Research Institute of Chemical Technology en Duke University hebben een techniek ontdekt om meer informatie te halen uit halfgeleiders. Daarmee kan meer informatie gemeten worden.

Edward Hall ontdekte in 1879 Hall Voltage. Hall Voltage omschrijft dat elektrische spanning optreedt in de dwarsrichting van een stroomdrager als er een magnetisch veld loodrecht op de stroom- en dwarsrichting aangelegd wordt. 

Hall Voltage is belangrijk omdat het informatie over de ladingsdragers communiceert, waaronder de aanwezigheid van negatieve elektronen en positieve quasi-deeltjes die ‘holes genoemd worden’. Ook geeft het informatie over de snelheid van die deeltjes in een elektrisch veld. 

Stimuleren van halfgeleiders

De onderzoekers hebben nu dus een techniek gevonden om nog meer informatie uit die ladingdragers te halen, schrijft Venturebeat. Het gaat bijvoorbeeld om de leeftijden van de ladingdragers, diffusielengten en metrieke over recombinatie. Recombinatie is het proces waarbij elektronen en ‘holes’ elkaar vernietigen. 

De wetenschappers zeggen dat hun technologie de vooruitgang van halfgeleiders in zowel bestaande als opkomende technologieën kan stimuleren. “We hebben nu de kennis en hulpmiddelen die nodig zijn om de fysieke kenmerken van halfgeleidermaterialen zeer gedetailleerd te extraheren”, aldus co-auteurs Oki Gunwan en Doug Biship.

“Dit helpt onder meer bij het versnellen van de ontwikkeling van next-generation halfgeleidertechnologie, bijvoorbeeld voor betere zonnecellen, betere opto-elektronica en nieuwe apparaten voor kunstmatige intelligentie-technologie.”

Betere orkestratie

De nieuwe benadering – de zogenaamde Carrier-Resolved Photo Hall (CRPH) meting) begint met een bekende draaggolfdichtheid van de traditionele Hall-meting in het donker. Vervolgens wordt er licht met een bekende verlichtingsintensiteit geïntroduceerd, waardoor de levensduur van de drager en de mobiliteit en dichtheid van de meerder- en minderheid van de drager ontdekt kan worden.

Met nieuwe meetapparatuur – specifiek een tool met de naam parallel dipole line (PDL) trap – moet het gemakkelijker worden om te orkestreren. De PDL werd vier jaar geleden door wetenschappers van IBM ontwikkeld, dat later ideaal bleek voor foto-Hall-experimenten. Dit is deels vanwege de ruimte die het beidt om grote oppervlakken op monsters te belichten. 

Schone Hall-signaalmetingen zijn namelijk lastig uit te voeren als het signaal zwak is of als er ongewenste ruis is, bijvoorbeeld onder lichten. De metingen worden het beste uitgevoerd met systemen als de PDL, die een oscillerend magnetisch veld levert. CRPH selecteert vervolgens de gewenste frequentie van het doelsignaal en de fase van het veld.