图1:在砷化铟衬底(黄色)上的碘化亚铜晶体(蓝色)薄膜。样品的纯度是通过在表面照射光子产生电子-空子对(红色和蓝色球体)和监测发出的光(白色光线)来检测的。日本理化研究所紧急物质科学中心天富平台

 

使用高质量的碘化亚铜薄膜可以实现更好的光电器件。

 

日本理研的物理学家们制作了一种无缺陷的碘化亚铜薄膜，它仅由一个晶体组成。原子平面的样品有助于生产更好的半导体。

 

半导体是许多光电器件的核心，包括激光和发光二极管(led)。工程师们很乐意使用碘化亚铜(卤化物化合物的一个例子)作为半导体材料，因为它是一种优良的导体，在室温以上也能保持稳定。问题是很难制造出没有杂质的碘化亚铜薄膜。通常的方法是在溶液中沉积薄膜。日本理化学研究所紧急物质科学中心的中村正雄说:“但是溶液过程不能用碘化亚铜制成高质量的薄膜。”

 

相反，中村和他的同事使用了另一种被称为分子束外延的技术，在这种技术中，薄膜在高温和真空条件下在基片上逐渐生长。分子束外延技术已广泛应用于半导体制造中。但是它很难用于碘化亚铜，因为这种材料极易挥发，这意味着它在过程中很容易蒸发，而不是沉淀成薄膜。为了克服这个困难，研究小组开始在较低的温度下种植薄膜，然后提高温度。中村说:“我们新开发的两步法非常有效。”

 

该团队还有另一个提高影片质量的方法。他们选择砷化铟作为衬底，因为它的晶格间距非常类似于碘化亚铜。“如果晶格间距不匹配，材料中会形成许多缺陷，”中村解释说。天富平台

 

然后，中村和他的同事们用一种叫做光致发光光谱的技术测试了他们样品的纯度，这种技术涉及到在材料表面发射光子或光粒子。这些光子被材料吸收，激发其电子到一个更高的能量状态，并使它们发出新的光子(图1)。监测发出的光使研究小组确定他们创造了一个没有缺陷的单晶薄膜。中村说:“我们希望用我们的方法提高质量。”“但结果超出了我们的预期。”

 

中村和他的团队现在计划将不同卤化物制成的半导体夹在一起，研究由此产生的新特性。中村说:“我们将探索卤化物界面上出现的新功能和物理特性。”