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埃因霍溫研究人員開發出能發光的硅材料

2020-04-14 11:03:30  來源:cnBeta

據外媒報道,50多年來,科學家一直在尋找制造能發光的硅材料的方法。它已經成為微電子界的“圣杯”。發光硅的初選將意味著更快的芯片內通信、更低的產熱和更高的電力效率?,F在,來自埃因霍溫科技大學(TU/e)的研究人員通過制造一種能發光的新型六角形硅合金解決了這個長達數十年的難題。

六邊形的形狀是創造直接帶隙發射光子的關鍵。

“關鍵在于所謂的半導體帶隙本質,”TU/e項目負責人Erik Bakkers指出,“如果一個電子從導帶‘降’到價帶,半導體就會發出光子:光。”

在傳統的立方硅中,由于導帶和價帶被取代形成了一個間接帶隙,所以不能發射光子。然而,50年前的理論認為,六角形的合金硅和鍺會有一個直接帶隙。這其中的訣竅就在于制造出這樣一種合金。

這一目標一直到人們發現電子管和電線之后才得以實現。2015年的時候,該團隊曾用另一種材料制造出了六邊形硅,另外他們還將其作為模板開發出了帶有鍺外殼的六邊形硅。

“我們能夠做到讓硅原子建立在六邊形模板上這點,這迫使硅原子在六邊形結構中生長,”該團隊論文的合著者Elham Fadaly說道。

相關研究報告已發表在《自然》上。

現在,研究人員需要開發一種硅兼容的激光器。據Bakkers披露,他們可能能在今年年底之前打造出這樣一款設備。“如果一切順利,我們可以在2020年制造出一種硅基激光器。這將使得光學功能在主流電子平臺上緊密集成,這將打破片上光通信和基于光譜學的廉價化學傳感器的前景。”

由于光子不受電阻的影響并且在傳導介質中的散射更小,所以在這過程中不會產生熱量,因此能讓功耗大大降低。此另外,在未來的光子硅上,芯片內和芯片間的通信速度可以提高1000倍。該技術有著許多應用場景,諸如自動駕駛車輛中的激光雷達、醫療和食品行業的化學傳感器等等。

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