新型光电子仪器：一次完成14个参数

HZB物理学家开发了一种新的方法，可以在一次测量中全面表征半导体。 “恒定光诱导磁输运（CLIMAT）”基于霍尔效应，可以记录负电荷载流子和正电荷载流子的输运性质的14个不同参数。

该方法现已在十二种不同的半导体材料上进行了测试，将为评估太阳能电池等光电应用的新材料节省宝贵的时间。

太阳能电池、晶体管、探测器、传感器和LED都有一个共同点：它们由半导体材料制成，只有当它们被光（光子）击中时，它们的电荷载体才会被释放。光子将电子（负电荷载体）从它们的轨道上击出，电子穿过材料，直到在一定时间后再次被捕获。

同时，在电子缺失的地方会产生空穴——这些空穴表现得像带正电荷的电荷载体，对各自应用的性能也很重要。半导体中负电荷载体和正电荷载体的行为在迁移率、扩散长度和寿命方面通常相差几个数量级。

到目前为止，传输特性的参数必须使用不同的测量方法，针对每种类型的电荷分别确定。

单次测量

作为Maria Sklodowska Curie博士后奖学金的一部分，HZB物理学家Artem Musiienko博士现已开发出一种新方法，可以在一次测量中记录正负电荷载流子的所有14个参数。

“恒定光诱导磁输运（CLIMAT）”使用垂直穿过样品的磁场和恒定光源进行电荷分离。电荷载流子沿着电场移动，并根据其质量、迁移率和其他性质被垂直于其运动方向的磁场偏转（霍尔效应）。

Musiienko用一个简洁的方程组展示了从信号中可以确定总共14个不同的属性，特别是不同电荷载体的信号之间的差异。

正电荷和负电荷载体

Musiienko说：“CLIMAT因此通过一次测量，全面深入地了解了正负电荷载体的复杂电荷传输机制。这使我们能够更快地评估新型半导体材料，例如，评估它们作为太阳能电池或其他应用的适用性。”

为了证明新方法的广泛适用性，HZB、波茨坦大学以及美国、瑞士、英国和乌克兰其他机构的研究团队现已使用该方法对总共12种非常不同的半导体材料进行了表征，包括硅、卤化物钙钛矿薄膜、有机半导体（如Y6）、半绝缘体、自组装单层和纳米粒子。研究结果现已发表在《自然·通讯》上。

美国罗格斯大学维塔利·波佐罗夫教授等独立专家在《自然·电子》杂志上为CLIMAT方法打出了16分中的15分，并认为这种新方法是开创性的。

特别是，CLIMAT消除了以前不同测量所需的许多步骤，从而节省了宝贵的时间。2024年初，CLIMAT方法被欧洲专利局批准为专利，编号为EP23173681.0。Musiienko说:“目前正在与公司就我们的方法进行许可谈判”。目标是制造一个大约笔记本电脑大小的紧凑型测量设备。

相关链接：https://phys.org/news/2024-02-parameters-instrument-optoelectronics.html