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东京大学教授大津元一成功实现硅发光

2013-04-27 09:27
潇纵
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  :《让Si及SiC发出各种颜色的光,利用“Dressed光子”实现》一文中向大家介绍了发光硅(Si)和硅光子。硅光子技术是在硅芯片上集成利用光的数据传输“电路”和信号处理“电路”的技术。最近,这项技术接连取得了重大突破。

  其实,虽然叫做硅光子,但此前,只有光源未能利用硅基实现。这是因为硅这种半导体(间接迁移型半导体)难以实现高效发光。与之相比,LED中常见的氮化镓(GaN)属于直接迁移型半导体,发光效率非常高。正是因为硅不能发光,所以很多“电子技术”备受限制。数据传输和信号处理自不用说,就连显示器技术也是其中之一。TFT等电子电路虽然使用硅基,但发光源却必须采用完全不同的技术,例如必须使萤光管和GaN基LED与液晶技术相结合。从某种意义上来说,有机EL显示器也是因为硅无法发光而开发出来的技术之一。

  反言之,如果能使硅高效发光,带来的冲击也会很大。不只是数据传输和信号处理领域,把TFT和发光部分都集成在硅晶圆上的新型自发光显示器也有望问世。而且,硅与玻璃(SiO2)的兼容性好,或许还能让半透明的窗户成为显示器或是照明器具。

  为了实现这种梦幻般的技术,很多研究机构都以“让硅发光”为目标,不断地在做各种尝试。例如,(1)在硅中掺入杂质;(2)利用“拉曼效应”这一非线性现象;(3)把硅加工成非常小的颗粒物(量子点),利用其不同于普通硅的量子效应等。这些尝试都或多或少取得了一些成果,让世间一次又一次地惊呼“硅发光(或是激光振荡)终于实现了!”然而,这些发光要么效率极低,要么必须要通过光激发才能振荡,都没有达到实用水平。

  开篇提到的那篇文章中报道的技术,是使硅以前所未有的高效率发光的技术。从某个角度来说,这种方法属于(1)在硅中掺入杂质,但说其利用了(3)的量子效应也未尝不可。顺便一提,掺入的杂质是制作p型半导体常用的硼,具有与现有半导体技术兼容性好的优点。发光效率在红外线LED中达到了实用化水平,还实现了激光振荡。而且,发光色还可从红外、蓝色以及白色中自由选择。除了使其发光之外,估计还能用于可对应多种波长的光的光电转换元件,也就是高效率太阳能电池等用途。

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