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インタビュー:ロチェスター工科大学 Dr. George Nelson

こんにちはジョージ、自己紹介をして研究について教えてください。

私はRITのポスドク研究員で、 NanoPower Research LabsのSeth Hubbard教授の下で働いています。 私は2019年に同じグループ内で博士号を取得しました。私のポスドクは 博士号の研究の続きです。 私たちのグループは、衛星産業向けのIII-V太陽電池を専門としています。 宇宙用のセルを設計する重要な側面は、宇宙環境がセルのパフォーマンスに与える影響に関係しています。 衛星のミッションの過程で、高エネルギーの粒子が絶えずセルの結晶構造に衝突して原子を変位させ、これらの格子欠陥が蓄積するにつれてセルの出力が低下します。 パフォーマンスの低下を引き起こす特定の欠陥は興味深いものであり、これらの欠陥を研究するために頻繁に使用する手法は、ディープレベルトランジェントスペクトロスコピー(DLTS)です。.

DLTSの原理は何ですか?また、その潜在的な用途は何ですか?

DLTSは、半導体デバイス内の特定の結晶欠陥を検出し、バンドギャップ内のエネルギーレベルやその濃度など、それらの欠陥の電子特性を特徴付けるために使用される非破壊技術です。 該当する場合は、半導体材料に存在する既知の欠陥とこれまでに見たことのない欠陥の両方を識別するための強力なツールです。 従来は、pn接合やショットキーダイオードなど、バイアスをかけることで内部電界を変調できるデバイスが必要です。 欠陥は通常、小さくて多数あり、少なくとも10 8 cm -3以上の密度です。 また、電気的にアクティブでなければなりません。

おそらく最もよく知られている歴史的なDLTSの結果は、金汚染シリコンまたはn型AlGaAsのドナー錯体の結果であり、DLTSはこれらの材料で作られたデバイスの性能低下を説明するのに役立ちました。 2019年、あるグループは、DLTSの結果がシリコン太陽電池の光誘起劣化の原因を説明していると主張しました。この問題は、40年にわたって業界を悩ませてきました

DLTSシステムにおけるZurich Instruments MFIA Impedance Analyzerの役割は何ですか?

DLTSシステムは、DLTS、PCまたはラップトップ、MFIA専用に設計されたさまざまなクライオスタットの1つである温度コントローラーで構成されています。 MFIAは、従来のDLTSシステムに見られる3つのコンポーネントを置き換えます。これは、主に静電容量計として機能するだけでなく、パルスジェネレーターおよびデータ収集システムでもあるためです。 非常に経済的なシステムです。

MFIAでは、一般に他のメーターで固定されているパラメーター(変調周波数や振幅など)を微調整できます。 DLTSには、万能サイズのパラメーターが理想的ではないエッジケースが多いため、これは便利です。 有用であると判明した別の側面は、ユニットのサイズが小さいことです。 ラップトップを備えたDLTSシステムは非常に多くの責任を処理するため、驚くほどコンパクトでポータブルであり、限られたスペースの粒子加速器施設に持ち込む必要がある場合に役立ちます。

私たちの古い商用DLTSシステムは、多数の物理的なノブとスイッチで駆動されていたため、ミスを犯しやすいものでした。 また、実験を開始または停止するには、誰かが立ち会う必要がありました。 新しいシステムとMFIAを使用すると、すべてが独自のMATLAB®ソフトウェアによって制御されます。 実験はリモートで実行するか、キューに入れることができます。 文書化されたAPIのおかげで、MFIAを制御する独自のソフトウェアを書くのは簡単でした。 今では、時間の経過とともに収集できる有用なデータの量の点で、以前の商用DLTSシステムよりも桁違いに効率が改善されたに違いありません。

DLTSシステムをアップグレードしたきっかけは何ですか?

古い商用システムでDLTSを実行する方法を学びました。 ハードウェアは完全にアナログであり、一時的な処理はこのアナログハードウェアで行われました。 信号処理に変更を加えるには、回路を変更する必要があったため、実行できる分析の種類が大幅に制限されました。 MFIAを使用すると、一時的なデータがデジタル化されます。ソフトウェア内で減衰成分を処理できます。 希望する処理やフィッティングを自由に実行でき、ソフトウェアを新しい技術で継続的に更新しています。

DLTSシステムを制御するために作成したソフトウェアについてもう少し教えてください。

最初は 、自分のDLTSソフトウェアスイートを作成するというアイデアに脅かされました。 しかし、一度コミットすると、予想よりもはるかに難しくないことがわかりました。 私はすでに物理学と配線などの実用的な考慮事項の多くを理解しました。 文書化されたAPIとサンプルスクリプトのおかげで、MFIAのコーディングは簡単でした。 貴重なものはLabOne®Web Serverのコマンドログで、LabOneユーザーインターフェイスでクリックしたものと同等のコードを教えてくれたため、LabOneの対話を自分のソフトウェアにすばやく変換できます。 私の知る限り、私のコードは利用可能なDLTSソフトウェアの最も完全なオープンソース実装です。 現在、静電容量過渡現象を取得して処理するMATLAB®スクリプトのコレクションです。 非公式には、インピーダンス分光法またはアドミタンス分光法の機能も備えています。 私はドキュメントとハウツーガイドでベストを尽くして、より使いやすくしていますが、DLTSは複雑です。 私はv1.0をリリースしようとしています。v2.0の計画は、すべてをPythonに移行し、ユーザーインターフェイスを改善することです。 このコードがDLTSコミュニティに役立つことを願っています。おそらく、私自身の実験にも役立つフィードバックを受け取るでしょう。

最先端の太陽電池を開発しました。カーボンフットプリントを削減する上でどのような役割を果たすことができますか?

III-V太陽電池は、間違いなく最も効率的であり、シリコン電池よりもはるかに小さな質量と大きな機械的柔軟性で製造できます。 III-Vセルの私の好きな側面の1つは、赤外線を反射しながら高エネルギーの可視光と紫外線を吸収するように設計できるため、不必要な加熱を防止できることです。 車、飛行機、建物に組み込まれたこれらの軽量で高効率のセルを想像できます。 残念ながら、III-Vセルのコストは、ほぼ同様に機能するシリコンセルの10〜100倍です。 これにより、III-V地上波市場が暴落しました。 現在、追加のパフォーマンスに対して支払いを希望するのは衛星業界だけです。 コストの問題は主に基板に起因し、誰かが優れた仮想基板を作成する方法を見つけた場合は解消できます。 私たちを含め、多くのグループがこの側面に取り組んでいます。

ラボ以外での関心は何ですか?

妻と息子と一緒に家族と過ごす時間がないときは、ジムに行ってウェイトを持ち上げたり、ランニングしたり、テニスをしたりします。 私は週末の便利屋で、古い電子機器、車、家などを修理するのが好きです。 また、私は歴史の愛好家、特に科学と哲学の歴史に変わりつつあります。

George Nelson

Dr. George Nelson は、ロチェスター工科大学(RIT)のポスドク博士です。 彼の仕事は、衛星産業向けのIII-V太陽電池に焦点を当てています。

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