Jak se pěstuje monokrystal polovodičů?

Nahlédli jsme do laboratoře, kde se založilo na vypěstování nového monokrystalu. Jaké vlastnosti bude mít nový, právě pěstovaný monokrystal?

Křemenná ampule je plná prvků, bizmutu, teluru, nahradí je i antimon, selen a k nim vědci přidají příměs, v minulosti například indium, dnešní prvek neprozradíme. Z těchto prvků a příměsí se vypěstuje nový monokrystal – nový materiál. Křemíkovou ampuli evakuují, zapojí na vývěvu, aby se odstranil kyslík.

Připravené monokrystaly zrály v ampuli křemíkového skla (až 1200st. C). Jsou to lesklé stříbrné ingotky. Teď je vědci budou řezat, štípat, budou měřit řadu fyzikálních vlastností. Krystaly lze štípat jen hluboce zchlazené kapalným dusíkem na -200st. C. Doc. Drašar z plošek štípe lístečky hranolků 15x2 mm, tloušťky 0,2 mm. Bude charakterizovat tři základní parametry: elektrickou vodivost, hallovu konstantu, seebeckův koeficient.

Vzorek doc. Drašar okontaktuje, tj. přilepí drátky, kterými vodivě vzoreček spojí s celým obvodem v sondičce, v které měří elektrickou vodivost a hallovu konstantu. Sonda se vzorkem se zchladí kapalným dusíkem na -200 C a postupně až k +200 C, aby charakteristika byla co nejširší. Měření trvá šest hodin.

V mezičase prof. Lošťák vzpomíná, že jeho studium na VŠCHT dnes UPCE v Pardubicích rozhodl obor, který vznikl pouze na vysoké škole v Pardubicích, na VŠCHT v Praze obor chemie pevných látek nebyl, tedy průnik fyziky a chemie. Také zdůraznil osobní zaujetí učitele i vědce, který předává své nadšení studentům.

Za šest hodin se naměřila teplotní závislost elektrické vodivosti a teplotní závislost hallova koeficientu, charakterizuje účinnost termoelektrických materiálů. Přidáme hodnotu seebeckova koeficientu z jiné laboratoře a hodnoty tepelné vodivosti, tak dostaneme koeficient tepelné účinnosti. Čím vyšší je koeficient tepelné účinnosti, tím je materiál lepší pro termoelektrické aplikace. Těchto vzorečků materiálu se musí naměřit mnoho. Výzkum je orientován na vyšetřování vlivu příměsí na vlasti výchozích materiálů. Jak se jednotlivé fyzikální vlastnosti mění se změnou koncentrace té zabudované příměsi.

Prvenství: Profesor P. Lošťák se spolupracovníky připravil skupinu ternárních krystalů tetradymitové struktury, které v monokrystalické podobě nebyly popsány. Studovali vliv příměsí na vlastnosti krystalů. Studovali vliv kovů přechodných a připravili novou skupinu tzv. zředěných magnetických polovodičů – což bylo překvapení, rozšířilo to poznání vlastností tetradymitových struktur z hlediska teoretického i praktických aplikací.

Výzva i pro základní výzkum skupiny vědců kolem prof. Petra Lošťáka a doc. Čeňka Drašara.

Počítače budou výkonnější, když budeme používat nejen náboje elektronů jako nositele informace, ale také vlastnosti spinu elektronů. Spin u elektronu vyjadřuje jeho mechanický moment hybnosti a na něj je vázán magnetický moment, tak bychom měli jeden parametr navíc. Tento třetí parametr se projeví například ve zrychlení, výkonnosti a zmenšení elektronických přístrojů.

Pořad vznikl za podpory projektu „Podpora odborného vzdělávání a rozvoje vědeckovýzkumného týmu Centra materiálového výzkumu Pardubice“.
Tento projekt je spolufinancován ESF a státním rozpočtem ČR.