ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนความเร็วสูง (SUEM) เพื่อยืนยันว่าอิเล็กตรอน “ร้อน” ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์มีอายุการใช้งานยาวนาน ซึ่งเป็นสิ่งที่อาจมีประโยชน์ในวงกว้าง ของงานด้านอิเล็กทรอนิกส์ บางครั้งถูกขนานนามว่าเป็น “วัสดุมหัศจรรย์” คิวบิกโบรอนอาร์เซไนด์เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายประการซึ่งอาจนำไปสู่การใช้เชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลาย
เป็นตัวนำ
ความร้อนที่ดีกว่าซิลิกอนมาก ดังนั้นจึงสามารถใช้สร้างวงจรรวมที่มีความหนาแน่นสูงกว่าและทำงานที่ความถี่สูงกว่าได้ วัสดุนี้มีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในระดับเดียวกับซิลิคอน แต่มีการเคลื่อนที่ของรูที่สูงกว่าซิลิคอนมาก ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่มีประโยชน์ในการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ตอนนี้ และเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็นว่าคิวบ์โบรอนอาร์เซไนด์มีคุณสมบัติที่มีประโยชน์อีกอย่างคือ อิเล็กตรอน “ร้อน” ที่มีอายุยืนยาว เมื่อแสงตกกระทบสารกึ่งตัวนำ จะทำให้เกิดการกระตุ้นของอิเล็กตรอนด้วยช่วงของพลังงาน อิเล็กตรอนพลังงานต่ำสามารถคงอยู่ได้นานพอที่จะรวบรวม
เพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์และตัวตรวจจับแสง อย่างไรก็ตาม ในเซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ อิเล็กตรอนร้อนพลังงานสูงจะมีอายุการใช้งานที่สั้นมาก ดังนั้นจึงสูญเสียไปก่อนที่จะถูกรวบรวมได้อิเล็กตรอนร้อนที่มีอายุยืนยาวการคำนวณในปี 2560 ชี้ให้เห็นว่าอิเล็กตรอน
ซึ่งรวมความละเอียดชั่วคราวของพัลส์เลเซอร์ที่สั้นมากเข้ากับความละเอียดเชิงพื้นที่ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการแยกพัลส์เลเซอร์ออกเป็นสองส่วน ส่วนแรกของพัลส์ถูกใช้เพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนร้อนในตัวอย่างคุณภาพสูงของคิวบิกโบรอนอาร์เซไนด์ซึ่งผลิตโดยทีมฮุสตัน
หลังจากการหน่วงเวลาที่มีการควบคุมอย่างระมัดระวัง ส่วนที่สองของพัลส์จะถูกโฟกัสไปที่โฟโตแคโทด สิ่งนี้สร้างพัลส์อิเล็กตรอนที่มีความยาวเพียงไม่กี่พิโควินาที พัลส์นี้ใช้โดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเพื่อระบุลักษณะของอิเล็กตรอนในคิวบิกโบรอนอาร์เซไนด์ โดยการเปลี่ยนการหน่วงเวลา
ทีมงานสามารถ
วัดอายุการใช้งานของอิเล็กตรอนเร็วในตัวอย่างได้ ซึ่งเผยให้เห็นว่าพวกมันคงอยู่นานกว่า 200 ps ซึ่งยาวนานกว่าตัวพาประจุร้อนในเซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ นักวิจัยกล่าวว่าอายุการใช้งานที่ยาวนานบ่งชี้ว่าคิวบิกโบรอนอาร์เซไนด์สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดีขึ้น
ขณะที่พวกมันขยายตัวตามเวลาจริง วิธีหนึ่ง ที่พบว่ามีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการวิเคราะห์ความแปรผันขนาดเล็กในลักษณะพื้นผิวของโครงสร้างจุลภาคคือกล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณูความเร็วสูง (HS-AFM) (ดูกล่อง) กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมความเร็วสูง (HS-AFM)
เช่นเดียวกับกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) ทั่วไป HS-AFM สร้างภาพภูมิประเทศของพื้นผิวโดยติดตามการเคลื่อนที่ของโพรบขนาดเล็ก (10 นาโนเมตร) ที่ปลายลำแสงคานยื่นขณะที่มันลากผ่านตัวอย่าง เมื่อทิปนี้พบกับการกระแทกหรือหลุม ทิปจะเบนขึ้นหรือลงตามลำดับ
เหมือนกับเข็มในเครื่องเล่นแผ่นเสียงไวนิลหรือปลายนิ้วสัมผัสอักษรเบรลล์ ระบบตรวจจับจะวัดการเคลื่อนไหวนี้และสร้างแผนที่ของพื้นผิวทีละพิกเซลข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบบเดิมคือเร็วกว่ามาก โดยทั่วไป AFM สามารถสแกนพื้นที่ขนาด 5 µm คูณ 5 µm ได้ภายในเวลาไม่กี่นาที
ในขณะที่ HS-AFM สามารถวัดพื้นที่เดียวกันได้ในเวลาน้อยกว่าหนึ่งวินาที ความเร็วที่เพิ่มขึ้นนี้หมายความว่าสามารถทำการทดลองใหม่ทั้งหมดได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้ HS-AFM คุณสามารถวิเคราะห์การกระจายเชิงพื้นที่ของคุณลักษณะระดับนาโน เช่น การตกตะกอน ระดับมากกว่ามิลลิเมตร
หรือแม้แต่
มาตราส่วนเซนติเมตรในเวลาไม่กี่ชั่วโมง ซึ่งเป็นความสำเร็จที่ต้องใช้เวลาหลายปีของ AFM มาตรฐานในการดำเนินการ การแสดงลักษณะเฉพาะประเภทนี้เป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจการเปลี่ยนแปลงในระดับนาโน เนื่องจากเป็นการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในโครงสร้างหรือองค์ประกอบ
ที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่ในคุณสมบัติของวัสดุ เช่น ความแข็งแรง ความแข็ง หรือความเหนียวยังสามารถถ่ายภาพ ในสภาพแวดล้อมที่เป็นของเหลวหรือก๊าซ ทำให้สามารถ วิเคราะห์ ในแหล่งกำเนิดตามเวลาจริงของการเปลี่ยนแปลงระดับนาโนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการต่างๆ
เช่น การกัดกร่อน การผสมผสานความสามารถควบคู่ไปกับปริมาณงานสูงของเครื่องมือนี้ เป็นเอกลักษณ์เฉพาะ ทำให้เราทำการทดลองที่แปลกใหม่และน่าตื่นเต้นในปรากฏการณ์ระดับนาโนต่างๆได้ แต่จำเป็นต้องมีการทำงานอีกมากเพื่อปรับปรุงเทคนิคการผลิต การวิจัยได้อธิบายไว้ในเรื่องร้อน
เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษา SCC เนื่องจากการทดลองสามารถเกิดขึ้นในของเหลวได้ และสามารถสังเกตการย่อยสลายได้แบบเรียลไทม์ ทีมงานของเราจึงออกแบบเครื่องมือดัดที่สามารถเก็บตัวอย่างภายใต้ความเค้นดึงภายในสภาพแวดล้อมของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
วัสดุที่เราทดสอบคือตัวอย่างเหล็กกล้าไร้สนิมที่ผ่านการบำบัดความร้อนเพื่อทำให้โครงสร้างจุลภาคมีความไวต่อ SCC มากขึ้น ความร้อนจะเปลี่ยนขนาดของเกรนและการปรากฏตัวของตะกอน และยังเคลื่อนองค์ประกอบทางเคมีไปรอบๆ และทำให้ขอบเขตเกรนมีความเสี่ยงมากขึ้น
เพื่อการโจมตีทางเคมี ความเค้นดึง คือ ความเค้นที่ทำหน้าที่ดึงตัวอย่างออกจากกัน ถูกนำไปใช้กับเหล็กผ่านอุปกรณ์ดัดงอสามจุด (รูปที่ 3) ในเวลาเดียวกัน เก็บตัวอย่างไว้ในสภาพแวดล้อมของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนโซเดียมไธโอซัลเฟต 395 ppm ซึ่งมักพบในท่อส่งน้ำมันและก๊าซ
Credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
