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美制成兼具電學光學性質的光子晶體
更新時間:2011-07-29 點擊次數:1683

據美國物理(li)學(xue)(xue)家組織網7月24日報道,美國科學(xue)(xue)家研(yan)(yan)發出(chu)了一種(zhong)新方法,改(gai)變了半導體的(de)(de)三維結(jie)構,使其在(zai)保(bao)持(chi)電(dian)學(xue)(xue)特性的(de)(de)同時擁有(you)了新的(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)(xue)性質,并據此研(yan)(yan)制(zhi)出(chu)了首塊(kuai)光(guang)(guang)學(xue)(xue)電(dian)學(xue)(xue)性能都(dou)很活躍的(de)(de)新型光(guang)(guang)子晶體,為以后(hou)研(yan)(yan)制(zhi)出(chu)新式太陽(yang)能電(dian)池、激光(guang)(guang)器(qi)、超材料等打開(kai)了大門(men)。研(yan)(yan)究發表(biao)在(zai)一期《自然·材料學(xue)(xue)》雜志上。

光(guang)(guang)子(zi)(zi)晶體(ti)(ti)材料具有*的(de)(de)(de)物理結構,它能采用不同于傳統光(guang)(guang)學材料和設備的(de)(de)(de)特(te)殊方式(shi)誘(you)發非同尋(xun)常的(de)(de)(de)現(xian)象并影響光(guang)(guang)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)行為(wei),可廣泛應(ying)用于激(ji)(ji)光(guang)(guang)器、太陽能設備、超材料等中。之(zhi)前(qian)由科學家們研制出的(de)(de)(de)光(guang)(guang)子(zi)(zi)晶體(ti)(ti)只(zhi)能得(de)到用光(guang)(guang)學方法激(ji)(ji)活的(de)(de)(de)設備,這些設備能引導光(guang)(guang),但無法被(bei)電所激(ji)(ji)活,因此,其無法將電變成光(guang)(guang)或相反。

伊利(li)諾斯(si)大學(xue)材料科學(xue)和工程學(xue)教授保羅(luo)·布勞恩領導(dao)的科研團隊研制(zhi)出的光子晶體(ti)卻兼(jian)具光學(xue)和電學(xue)性(xing)質。該研究(jiu)的參與者埃(ai)里克(ke)·尼爾森解釋道,新(xin)光子晶體(ti)可以讓光學(xue)和電學(xue)性(xing)能同時達(da)到(dao)*化(hua),這(zhe)就使人們能更好地控制(zhi)光的散(san)射、吸收以及(ji)增強。

為了(le)制(zhi)造出該三維光子晶(jing)體,科(ke)學(xue)家們先讓一些細(xi)小(xiao)的球(qiu)簇擁在一起形成(cheng)一塊模板,接著,他(ta)們將一種(zhong)廣泛應用(yong)于半導體中(zhong)的材料(liao)砷化鎵(GaAs)沉積在模板上,讓砷化鎵通過模板填充球(qiu)之(zhi)間的縫隙。

砷化(hua)鎵作為單個(ge)晶(jing)(jing)體(ti)開始從下(xia)往上生(sheng)長(chang),這個(ge)過(guo)程(cheng)被稱作外延生(sheng)長(chang)技術,工業界一般使用(yong)該(gai)技術來(lai)制造平的、二維的單晶(jing)(jing)體(ti)半導體(ti)薄(bo)膜,但(dan)布勞恩(en)團隊卻對這種技術進行了升級改造,用(yong)來(lai)制造錯(cuo)綜復雜的三維結構。

這種自下而(er)上(shang)的(de)外延生長技術消(xiao)除了制造(zao)三維光子結(jie)(jie)構普遍采用(yong)的(de)自上(shang)而(er)下構造(zao)方法可能導致的(de)很(hen)多缺陷。另一(yi)個(ge)(ge)好(hao)處是,它讓(rang)制造(zao)出(chu)層(ceng)(ceng)層(ceng)(ceng)堆積而(er)成的(de)半(ban)導體(ti)異質(zhi)結(jie)(jie)構變(bian)得(de)更方便。例如(ru),可以通過先(xian)用(yong)砷化(hua)鎵部分填(tian)充該模板,再(zai)用(yong)另一(yi)種材(cai)料填(tian)滿,從而(er)將一(yi)個(ge)(ge)量子勢阱(jing)層(ceng)(ceng)引入光子晶體(ti)中。

一(yi)(yi)旦該(gai)模板被(bei)填(tian)滿(man),科學家們就會移除球體,只留下一(yi)(yi)個復雜(za)多孔的(de)(de)單晶體半(ban)導(dao)(dao)體三維結構,接著,他們用一(yi)(yi)層(ceng)非常纖薄的(de)(de)具(ju)有更寬頻帶間隙的(de)(de)半(ban)導(dao)(dao)體包裹住整(zheng)個結構以(yi)改進其性能并阻(zu)止(zhi)表面復合。

該(gai)研究(jiu)團隊(dui)使用(yong)(yong)這項技(ji)術(shu)制造出(chu)了(le)首(shou)塊三維光子晶(jing)體發(fa)光二極管。這表明,使用(yong)(yong)這種概念能(neng)(neng)(neng)制造出(chu)功(gong)能(neng)(neng)(neng)性(xing)的設備。現在,布勞恩團隊(dui)正在努力優化這種方法,以(yi)制造出(chu)特(te)定(ding)功(gong)能(neng)(neng)(neng)的太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)電(dian)池、超材料或低閾激光器等。

尼爾森表(biao)示(shi),研究顯示(shi),可以通過(guo)改變設備的幾何(he)(he)形狀來獲得任何(he)(he)性能,我們可以朝著這(zhe)個方向前進,研制出各(ge)種超的新能源設備。

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