L'impurità di carbonio ha a lungo ostacolato l'efficienza dei dispositivi elettronici e ottici a base di nitruro. Ma i ricercatori della Tohoku University, hanno scoperto un metodo in grado di rilevare rapidamente l'impurità del carbonio utilizzando la luce.

L'uso di diodi a emissione di luce (LED) blu e bianchi che utilizzano semiconduttori di nitruro, in particolare nitruro di indio e gallio (InGaN) e nitruro di gallio (GaN), ha portato a un forte aumento dell'efficienza energetica. Naturalmente, i ricercatori hanno cercato di replicare questo in applicazioni ottiche ed elettroniche utilizzando semiconduttori di nitruro. Però, un problema comune sorge a causa di impurità di carbonio, che degrada notevolmente le prestazioni.

L'impurità di carbonio porta a trappole profonde, un difetto elettronico indesiderato che riduce sostanzialmente le prestazioni. Però, rilevare l'impurità del carbonio nei cristalli di semiconduttori è un processo lungo e costoso. Alcuni metodi richiedono la creazione di elettrodi aggiuntivi sul cristallo. Così, aumento dei costi e inibizione della velocità di ispezione. Altri metodi comportano la rottura dei cristalli di nitruro; perciò, rendendo inutili i cristalli.

Tuttavia, Professore Associato per l'Istituto di Ricerca Multidisciplinare per i Materiali Avanzati presso l'Università di Tohoku, Kazunobu Kojima e il suo team hanno risolto questo problema creando un modo per identificare l'impurità del carbonio utilizzando una tecnica di sondaggio che utilizza una luce che non ha alcun contatto fisico con i cristalli. La tecnica è denominata spettroscopia di fotoluminescenza omnidirezionale (ODPL).

Il processo di ODPL prevede innanzitutto l'illuminazione di un cristallo, come GaN, tramite luce esterna. La luce esterna viene assorbita dal cristallo, stimolandolo così. Per tornare al suo stato iniziale, perciò, il cristallo crea una luce per dissipare l'energia in eccesso.

L'utilizzo dell'ODPL consente la rapida valutazione dell'efficienza della fotoluminescenza con elevata precisione. Poiché l'impurità del carbonio riduce l'efficienza della fotoluminescenza, i ricercatori possono anche determinare la concentrazione di carbonio valutando l'efficienza del PL.

Il professor Kojima ha spiegato i vantaggi di un tale sistema. "Le tecnologie di rilevamento ottico sono immensamente vantaggiose grazie alla loro natura non distruttiva. Usando la luce, possiamo quindi, aiutare a rilevare l'impurità di carbonio che in definitiva è un tale ostacolo per i dispositivi GaN, come LED e transistor di potenza."

Un ulteriore vantaggio della spettroscopia ODPL è che non è limitato solo all'applicazione basata su nitruro-semiconduttore. Può controllare tutti i materiali che emettono luce che contengono proprietà ottiche ed elettroniche. Un esempio potrebbero essere le perovskiti, che è attualmente utilizzato nella produzione di celle solari ad alta efficienza.