La curva IQE ottenuta dalla spettroscopia ODPL (a sinistra). L'asse Y rappresenta la percentuale IQE, l'asse X inferiore rappresenta la densità di potenza luminosa di eccitazione Pcw (W cm -2 ) mentre l'asse X superiore rappresenta la velocità di eccitazione G (sec -1 cm -2 ). Il tasso di emissione di luce (WR) e il tasso di non emissione di luce (WNR) separati (a destra). L'asse Y rappresenta l'inverso della velocità (ns), l'asse X inferiore rappresenta la densità di potenza luminosa di eccitazione Ppulse (nJ/cm2) mentre l'asse X superiore rappresenta la concentrazione di portatore eccitato nini (cm -2 ). Credito:Università di Tohoku
Dispositivi elettronici e ottici ad alta efficienza sono essenziali per ridurre il consumo di energia e per la realizzazione di una società eco-friendly.
ZnO è un materiale interessante tra i semiconduttori a banda proibita diretta. Possiedono proprietà di emissione di luce e resistenza a sostenere un ampio campo elettrico che consente loro di alimentare dispositivi elettronici a causa della loro grande energia di banda proibita e della grande energia di legame degli eccitoni. Ciò li rende adatti anche in transistor a film sottile resistenti alle radiazioni e transistor ad effetto di campo a eterostruttura.
In cristalli di ZnO di alta qualità, i centri di ricombinazione non radiativa (NRC) sono importanti per l'emissione near-band-edge (NBE). Questi centri agiscono come canali di dissipazione dell'energia indesiderata e riducono l'IQE dell'emissione di NBE.
Per capire se il processo di emissione di luce o il processo di non emissione di luce fosse più importante nel determinare il comportamento dell'IQE, Kojima e i suoi colleghi hanno misurato i valori IQE del cristallo di ZnO cresciuto con il metodo idrotermale. Fare così, hanno impiegato una tecnica creata da Kojima e altri ricercatori nota come spettroscopia di fotoluminescenza omnidirezionale (ODP), un metodo non distruttivo per sondare i cristalli semiconduttori con la luce per rilevare difetti e impurità.
Le caratteristiche IQE nei cristalli di ZnO sono state esaminate in condizioni di foto pompaggio. I valori IQE hanno indicato un comportamento costante per condizioni di fotopompaggio deboli e un aumento monotono per una forte eccitazione. Poiché è stata osservata una diminuzione significativa per il processo senza emissione di luce con il foto pompaggio, l'origine dell'aumento dell'IQE si è rivelata dominata dalla decelerazione del processo che non emette luce a causa della saturazione degli NRC.
"Ottenere una ripartizione quantitativa dell'IQE da entrambi i processi ci consente di progettare meglio i semiconduttori per migliorare l'IQE, " ha detto il professor Kazunobu Kojima, autore principale dello studio.
