科学家利用蓝光精确测量半导体电子与纳米级材料

2023-04-24 15:22

近日，布朗大学（Brown University）的研究人员宣布开发出一种散射型扫描近场显微镜（s－SNOM）方法，这一方法能够使用蓝光来测量半导体中的电子，以及一些纳米级材料。

研究人员表示，这一发现是纳米级成像领域的首次发现。过去几十年来，纳米级分辨率上的挑战一直限制着对材料的研究，而这些材料可能会带来更节能的半导体和电子产品。相关研究已发表在《光：科学与应用》（Light：Science ＆ Applications）上。

研究人员表示，将太赫兹光学技术与s－SNOM显微镜相结合，最近成为在纳米尺度上探测纳米尺度材料特性的一种颇具价值的新范例。为此，研究人员先前已经证明并有效地使用了诸如太赫兹纳米镜、纳米级太赫兹发射光谱等技术。

然而，根据研究人员的说法，自20世纪90年代中期s－SNOM显微镜发展以来，几乎所有s－SNOM显微镜的例子都认为，与近场尖端耦合的光源波长很长，通常在2．5 eV或更低的能量下。s－SNOM显微镜能够调整从直径只有几十纳米的尖锐尖端散射光线，尖端悬停在待成像的样品材料上方。当样品被照射时，光会发生散射，并且部分散射光留下了样品直接在尖端下方的纳米级区域的信息。之后，研究人员对散射辐射进行分析，以便提取有关小体积物质的信息。

研究人员表示，对于像硅和氮化镓这样的宽带隙材料，将波长较短的蓝光与纳米尖端耦合成为了一大挑战，而这就阻碍了纳米级现象的研究。

在目前的实验中，研究人员使用蓝光从硅样品中获得无法使用红光获得的测量值。这些测量结果为使用更短波长来研究纳米尺度上的材料提供了概念验证。布朗大学工程学院教授Daniel Mittleman表示：“我们能够将这些新的测量结果与人们可能期望从硅中看到的结果进行比较，结果非常吻合。”

研究人员不仅使用蓝光照射样品使光线散射，而且还从样品中产生太赫兹辐射。辐射携带着关于样品电学特性的重要信息，尽管该解决方案增加了额外的步骤，并增加了科学家必须分析的数据量，但它消除了他们如何精确地将尖端对准样品的需要。

根据研究人员的说法，由于太赫兹辐射的波长要长得多，所以更容易对齐。“它仍然必须非常接近，但不必那么接近。当你用光照射它时，你仍然能够获得太赫兹的信息。”

这项工作得到了国家科学基金会电子通信和网络系统分部、堪美国能源部（DoE）堪萨斯城国家安全校区（KCNSC）的支持。未来，研究人员计划利用这项技术更好地了解用于生产蓝色LED技术的半导体。