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MIT研发数个原子层厚新材料:制作发光器件

导读: 美国麻省理工学院(MIT)研究团队研发出数个原子层厚的新材料,可用于制作发光器件。

  美国麻省理工学院(MIT)研究团队研发出数个原子层厚的新材料,可用于制作发光器件。此概念验证可能带来超薄、重量轻且有柔性的光伏电池、发光二极管(LED)和其他光电器件。其报告是不同研究组描述同一材料的相近似结果,三篇论文发表在3月9日《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)杂志。

  研发的材料称为硒化钨(WSe2),是可用于新型光电器件的一类单分子厚的材料,这些光电器件可以控制光与电的相互作用。实验中研究人员使用硒化钨材料制备出二极管——现代电子器件的基本构建模块。

  通常情况下,二极管(允许电子只在一个方向流动)是由“掺杂”制成的,这是将其他原子注入到基质材料晶体结构的工艺。通过使用不同材料,这种不可逆过程有可能制备两种基本半导体材料类型,P型或N型。利用新的材料,把难以察觉的薄膜融入非常接近的相邻金属电极之间,并将电极电压从正调谐到负,即可以获得P型或N型材料功能。这意味着可以很容易和很快将材料从一种类型转换到另一类型,对于传统半导体材料这是难以做到的。

  MIT研究团队在实验室制备出半n型和半p型掺杂WSe2材料制备的器件,开发出其特征接近理想工作状态的二极管。通过制作二极管,将有可能制备3种基本光电器件——光电探测器、光伏电池和发光二极管。MIT研究团队已经验证了这3种器件。虽然仅仅是概念验证器件,尚未按比例放大设计,成功的验证已经指出通往广泛应用的道路。

  已经知道如何制备此类型的大面积材料,尽管尚需更进一步的工作,但没有理由认为不可能在工业规模上大量制备此种材料。

  根据物理原理,因为这种材料可以设计成不同宽度的光子带隙,将有可能制备产生任意颜色的LED,而采用以往传统材料很难制出全色彩的LED。又因为材料很薄、透明并极轻,太阳能薄膜电池或薄膜显示器(壁挂电视)可以贴到建筑物表面或车辆窗户上,甚至织入服装。

  由于硒元素不像硅元素或其它电子材料那样充裕,材料的薄度成为一大优势。硒化钨薄膜比传统二极管材料薄数千倍,所以制备给定尺寸的器件可以节省数千倍的材料。研究团队除了制备出二极管,也用同样方法制备出p型和n型晶体管和其他电子元件。因为材料如此之薄,这种晶体管在速度和功耗上有显著优势。

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