一次性14个参数光电新仪器

HZB物理学家开发了一种新方法，可在单次测量中全面表征半导体。“恒定光诱导磁传输(CLIMAT)”基于霍尔效应，可记录负电荷载流子和正电荷载流子传输特性的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，将节省评估太阳能电池等光电应用新材料的宝贵时间。

太阳能电池、晶体管、探测器、传感器和LED都有一个共同点：它们均由半导体材料制成，其电荷载流子仅在受到光(光子)照射时才会释放。光子将电子(负电荷载流子)撞出轨道，电子在材料中移动，直到在一段时间后再次被捕获。

同时，在电子缺失的地方会产生空穴——这些空穴的行为就像带正电的电荷载流子，对于相应应用的性能也很重要。半导体中负电荷载流子和正电荷载流子的行为在迁移率、扩散长度和寿命方面通常存在几个数量级的差异。

到目前为止，必须使用不同的测量方法分别确定每种类型电荷的传输特性参数。

单次测量

作为MariaSkłodowskaCurie博士后奖学金的一部分，HZB物理学家ArtemMusiienko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。

“恒定光诱导磁传输(CLIMAT)”使用垂直穿过样品的磁场和恒定光源来进行电荷分离。电荷载流子沿着电场移动，并根据其质量、迁移率和其他特性，被垂直于其移动方向的磁场(霍尔效应)偏转。

Musiienko通过一个简洁的小方程组表明，可以从信号中确定总共14种不同的属性，特别是不同电荷载流子的信号之间的差异。

正负电荷载体

“因此，CLIMAT通过一次测量就可以全面了解电荷传输(包括正电荷载流子和负电荷载流子)的复杂机制。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的适用性或其他应用，”Musiienko说。

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它来表征总共12种截然不同的半导体材料，包括硅、卤化物钙钛矿薄膜、Y6等有机半导体、半绝缘体、自组装单分子层和纳米颗粒。研究结果现已发表在《自然通讯》杂志上。

美国罗格斯大学的VitalyPodzorov教授等独立专家在《自然电子学》杂志上给CLIMAT方法打了15分(满分16分)，认为这种新方法具有开创性。

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方法获得欧洲专利局批准申请专利，专利号为EP23173681.0。Musiienko表示：“目前正在与公司就我们的方法进行许可谈判。”我们的目标是打造一个紧凑的测量设备，大约有笔记本电脑大小。

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