Российские ученые открыли считавшиеся невозможными эффекты полупроводников

Российские ученые смогли обнаружить, что один из используемых при создании лазеров и светодиодов эффектов может работать в «чистых полупроводниках», что ранее считалось невозможным, говорится в журнале Semiconductor Science and Technology.

«Если в случае кремния и германия для этого требуются криогенные температуры, что ставит под вопрос ценность этого эффекта, то в таких материалах, как алмаз и нитрид галлия, он может наблюдаться уже при комнатной температуре. Это означает, что данный эффект можно использовать в создании устройств для массового рынка», – рассказал сотрудник Московского физико-технического института Дмитрий Федянин.

Его команда работает над созданием новых источников частиц света уже несколько лет. Ученые изучают экзотические материалы, которые практически не применяются в ходе изготовлении светодиодов и других излучателей или не используются в принципе, пишет РИА «Новости».

Недавно Федянин со своим коллегой Игорем Храмцовым обнаружили еще один эффект, который делает алмазы одним из самых перспективных материалов при создании дешевых и компактных или очень мощных полупроводниковых лазеров.

Сообщается, что в производство лазеров и светодиодов алмазы и другие «чистые» проводники не могли попасть, так как внутри них мало электронов и «дырок» (то есть областей с положительным зарядом, взаимодействия которых порождают частицы света). Однако еще около 50 лет назад советские физики совместно с немецкими смогли решить эту проблему: они доказали, что можно использовать не один тип материалов, а нечто наподобие «сэндвича» из разных полупроводников со специально подобранными свойствами. Взаимодействия полупроводников приводят к тому, что концентрация одного из типов носителей зарядов в центре «сэндвича» или на границах между его слоями вырастает на несколько порядков.

Позже такой феномен назвали «суперинжекция». В настоящее время его активно используют при создании полупроводниковых лазеров, применяемых для сборки всех современных электронных гаджетов. Ученые считали, что он может возникнуть лишь при взаимодействиях полупроводников с разным составом.

Таким образом, ученые не могли создать мощные твердотельные лазеры на базе «чистого» кремния и других материалов, которые используются при «печати» микросхем. Однако специалисты из России доказали обратное, просчитав поведение электронов и «дырок» внутри «сэндвича» из алмазных пластинок, которые насыщены разными типами примесей.

Опыты показали, что при наличии довольно большого числа слоев в конструкции возникает эффект, который аналогичен суперинжекции. Это позволяет концентрации электронов внутри «сэндвича» стать примерно в 10 тысяч выше, чем считалось возможным в прошлом. Кроме того, алмазы превосходят «обычные» многослойные лазеры и светодиоды примерно в 100 раз.

Пресс-служба МФТИ рассказала, что благодаря этому открытию можно будет создавать в тысячи раз более яркие, чем предсказывалось в расчетах, ультрафиолетовые светодиоды. Собирать их получится не только из алмазов, но и из других сверхпроводников с похожими свойствами. Это приведет к их удешевлению и при этом увеличению мощности.