Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Услуги электрика | Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику | Электротехническая продукция

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Новые полупроводниковые материалы
6 апреля 2022
Количество просмотров: 388
Комментарии к статье: 0


Новые полупроводниковые материалы


В 2016 году в журнале Nature Communications вышла статья, в которой рассказывалось об открытии, сделанном группой японских ученых Токийского технологического института, Национального института материаловедения и Киотского университета. Их открытие заключалось в обнаружении новых химических соединений, сулящих прорыв в полупроводниковой отрасли.

Известно, что полупроводники играют ключевую роль в современной электронике. Кремний и германий — основа электроники и фотогальваники. Диоды, транзисторы, микросхемы, солнечные батареи и т. д. — все это полупроводники.

На таких соединениях, как GaAs, GaP и GaN – построена индустрия светодиодов и оптоэлектронных устройств. Оксидные полупроводники используются в тонкопленочных транзисторах, фотокатализаторы на основе полупроводников и фотоэлектрохимические элементы разрабатываются, в частности, для электролиза воды.

Среди составных полупроводников привлекательны те, которые, во-первых, безопасны для окружающей среды, не токсичны, во-вторых, являются доступными. Как раз к таким полупроводникам и относятся нитриды.

Многие из них химически стабильны даже при высоких температурах, что позволяет использовать их в силовой электронике. Кроме того, технологии выращивания нитридов в форме пленок и объемных кристаллов не являются чем-то абсолютно новым. Однако, количество коммерческих нитридов ограничено.

Новые полупроводниковые материалы

Поиски новых нитридов продолжались, в том числе и путем расчетов. Высокопроизводительный первопринципный скрининг, основанный на прототипных структурах и поиске с использованием эволюционного программного алгоритма, позволил ученым идентифицировать ранее неизвестные полупроводники с еще не изученными характеристиками.

Важной желательной характеристикой полупроводника является высокая подвижность их носителей заряда. Критическим физическим параметром выступает эффективная масса электрона и дырки.

Нитриды третьей группы в кристаллической модификации «вюрцит», особенно GaN и InN, имеют небольшие эффективные массы электронов, умеренные эффективные массы дырок в валентных зонах.

Но лучше всего, если эффективная масса электрона в полупроводнике будет находиться в районе m0/2, то есть будет равна половина массы покоя электрона, а лучше - меньше, а масса дырки — меньше m0. Среди соединений с трехвалентным азотом необходимо было найти наиболее подходящие.

Итак, ученые рассмотрели 583 возможных соединения цинка и трехвалентного азота, подвергли их программному анализу, пристально изучили пространственную структуру каждого из соединений. В конце концов было отобрано 21 стабильное соединение, параметры которых укладывались в диапазон поиска.

Интересно, что половина из найденных компьютером соединений азота с цинком ни разу не была до этого исследована в качестве полупроводников.

Соединения цинка и трехвалентного азота

Так или иначе, два из вычисленных соединений, а именно - CaZn2N2 и Ca2ZnN2 – привлекли особое внимание исследователей. Они не токсичны, так как в их основе азот. И они доступны в природе, ведь кальций и цинк — элементы распространенные. К тому же массы носителей заряда конкретно у CaZn2N2 очень небольшие.

Для сравнения, у того же GaN масса дырки вдвое больше массы покоя электрона, то есть равна 2*m0. Тогда как у CaZn2N2 масса покоя электрона равна 0,2*m0, а масса дырки 0,9*m0. Кроме того, оба новых полупроводниковых материала отличаются высокой подвижностью носителей заряда.

Главное - CaZn2N2 показал себя как прямозонный полупроводник, то есть способный излучать свет без безызлучательных переходов. Он имеет высокий коэффициент поглощения света.

Плюс к этому является фотолюминофором, излучающим красный свет при комнатной температуре. Прямая запрещенная зона при комнатной температуре составляет примерно 1,9 эВ. Таким образом, CaZn2N2 оказался весьма интересным и перспективным для производства более эффективных солнечных панелей.

Смотрите также на сайте Электрик Инфо: 

Редкие металлы в электронике и электроэнергетике

Графеновая электроника – чудо 21 века

10 лучших технологий аккумуляторов, зарядки и хранения энергии будущего

Андрей Повный





Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Транзисторы. Часть 3. Из чего делают транзисторы
  • Инерция электрона: эксперименты Толмена–Стюарта и Мандельштама–Папалекси
  • Редкие металлы в электронике и электроэнергетике
  • Аккумулятор из древесных отходов
  • Как устроены и работают полупроводниковые диоды
  • 5 необычных солнечных батарей будущего
  • Новые технологии. Токопроводящий пластик
  • Солнечные батареи с рекордным КПД
  • Транзисторы. Часть 2. Проводники, изоляторы и полупроводники
  • Углеродные аккумуляторы приходят на смену литиевым
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

    Андрей Повный – все статьи

    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     


    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2022 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.