Новые сверхэффектинвые полупроводники на основе нитридных соединений

Схема нитридных полупроводников. (Иллюстрация Yoyo Hinuma et al., Nature Communications, 2016.)

Новые нитридные соединения, открытые с помощью квантовомеханических расчётов, оказались более эффективными полупровод-никами, чем их «коллеги», широко используемые в современной промышленности. Полупроводни-ковые  материалы – основа современного технического прогресса. Их используют в микроэлектронике, сенсорах, компьютерах и мобильных устройствах, а так же оптоэлектронике и солнечных батареях. Научное сообщество находится в постоянном поиске новых соединений, открывающих путь для эффективных, надёжных, недорогих и экологичных технологий.

Кроме давно известных кремния и германия, в наше время широко используются органические полупроводники и комбинированные соединения. Среди них важное место занимают галлиевые полупроводники, ведь именно благодаря им появились светоиспускающие диоды (LED). С другой стороны, полупроводящие материалы привлекают большое внимание тех, кто занимается фотовольтаикой – направлением оптоэлектроники, суть которого состоит в эффективном преобразовании света в электрическую энергию. В наше время именно фотовольтаика находится в активном поиске подходящих материалов для увеличения эффективности сбора солнечной энергии – это позволит, например, сделать солнечные батареи более выгодными экономически и, как следствие, уменьшить человеческое влияние на окружающую среду.

Нитрид Галия (GaN)

Большой популярностью пользуются полупроводниковые нитриды: во-первых, они нетоксичны, поскольку их основной компонент – азот, во-вторых, в их состав входят часто встречающиеся в природе химические элементы, такие как галлий и цинк, в-третьих, они отличаются высокой тугоплавкостью, и поэтому подходят для работы при высоких температурах, например, в сфере энергетической электроники. У полупроводниковых нитридов есть две важные характеристики, по которым можно оценить их качество. Во-первых, это подвижность носителей заряда – она говорит о том, как часто носители заряда сталкиваются с дефектами кристаллической решётки или друг с другом.

:Показатель энергетической эффективности Арсенида Галия (GaAs) и Нитрида Галия (GaN)

Низкая подвижность возникает из-за недостаточной чистоты материала и влечёт за собой низкую энергетическую эффективность устройства. Другой важный показатель – эффективная масса носителей заряда, которая не должна быть очень высокой. Например, в нитриде галлия GaN, который широко используется в полупроводниковой промышленности, носители заряда весят около 2m0, то есть в два раза больше чем масса покоя свободного электрона. Существуют полупроводниковые нитриды с низкой эффективной массой носителей заряда – например, Zn3N2 – но их сложно выращивать в хорошем качестве из-за низкой энтальпии образования.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *