碘化亚铜薄膜可用于打造更好光电器件

RIKEN的物理学家制造了由一个晶体组成的无缺陷碘化亚铜薄膜。原子平面样品有助于生产更好的半导体。

半导体是许多光电设备的核心，包括激光器和发光二极管(LED)。工程师们希望将碘化亚铜用于半导体，因为它是一种极好的导体，在室温以上仍能保持稳定。问题是很难制造出一层真正没有杂质的碘化亚铜薄膜。通常的方法是从溶液中沉淀胶片。“但这个解决方法不能用碘化亚铜制造出高质量的薄膜，”RIKEN新兴物质科学中心的Masao Nakamura指出。

取而代之的是，Nakamaru和他的同事们使用了一种被称为分子束外延的替代技术，在这种技术下，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生产中。但碘化亚铜很难被使用，因为这种材料极易挥发--这意味着它在处理过程中很容易蒸发而不会沉淀成薄膜。为了克服这个困难，研究小组开始在较低的温度下培养薄膜然后再提高温度。“我们新开发的这两步流程非常有效，”Nakamura说道。

团队还有另一种提高影片质量的方法。他们选择砷化铟作为衬底，因为它的晶格间距跟碘化亚铜非常相似。“如果晶格间距不能很好地匹配，材料中就会形成许多缺陷，”Nakamura指出。

随后，Nakamura和他的同事们用一种名为光致发光光谱的技术测试了样品的纯度，这种技术涉及在材料表面发射光子或光粒子。这些光子被材料吸收，激发其电子到更高的能量状态并引发它们发射新的光子（图1）。监测发射的光使研究小组得以确定他们已经创造了一个没有缺陷的单晶薄膜。Nakamura说道：“我们希望使用我们的方法提高质量。不过结果超出我们的预期。”

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图1. 砷化铟衬底（黄色）上的碘化亚铜晶体薄膜（蓝色）。通过将光子照射到表面上以创建电子-空穴对（红色和蓝色球体）并监视所发射的光（白色射线）来测试样品的纯度。

Nakamaru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并研究产生的新特性。中村说：“我们将探索卤素界面的新功能和物理特性。”

相关链接：https://phys.org/news/2021-04-thin-cuprous-iodide-enable-optoelectronic.html

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