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美制成兼具電學(xué)光學(xué)性質(zhì)的光子晶體
更新時間:2011-07-29 點擊次數(shù):2192

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)7月24日報道,美國科學(xué)家研發(fā)出了一種新方法,改變了半導(dǎo)體的三維結(jié)構(gòu),使其在保持電學(xué)特性的同時擁有了新的光學(xué)性質(zhì),并據(jù)此研制出了首塊光學(xué)電學(xué)性能都很活躍的新型光子晶體,為以后研制出新式太陽能電池、激光器、超材料等打開了大門。研究發(fā)表在一期《自然·材料學(xué)》雜志上。

光子晶體材料具有*的物理結(jié)構(gòu),它能采用不同于傳統(tǒng)光學(xué)材料和設(shè)備的特殊方式誘發(fā)非同尋常的現(xiàn)象并影響光子的行為,可廣泛應(yīng)用于激光器、太陽能設(shè)備、超材料等中。之前由科學(xué)家們研制出的光子晶體只能得到用光學(xué)方法激活的設(shè)備,這些設(shè)備能引導(dǎo)光,但無法被電所激活,因此,其無法將電變成光或相反。

伊利諾斯大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)教授保羅·布勞恩領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊研制出的光子晶體卻兼具光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。該研究的參與者埃里克·尼爾森解釋道,新光子晶體可以讓光學(xué)和電學(xué)性能同時達(dá)到*化,這就使人們能更好地控制光的散射、吸收以及增強(qiáng)。

為了制造出該三維光子晶體,科學(xué)家們先讓一些細(xì)小的球簇?fù)碓谝黄鹦纬梢粔K模板,接著,他們將一種廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體中的材料砷化鎵(GaAs)沉積在模板上,讓砷化鎵通過模板填充球之間的縫隙。

砷化鎵作為單個晶體開始從下往上生長,這個過程被稱作外延生長技術(shù),工業(yè)界一般使用該技術(shù)來制造平的、二維的單晶體半導(dǎo)體薄膜,但布勞恩團(tuán)隊卻對這種技術(shù)進(jìn)行了升級改造,用來制造錯綜復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。

這種自下而上的外延生長技術(shù)消除了制造三維光子結(jié)構(gòu)普遍采用的自上而下構(gòu)造方法可能導(dǎo)致的很多缺陷。另一個好處是,它讓制造出層層堆積而成的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)變得更方便。例如,可以通過先用砷化鎵部分填充該模板,再用另一種材料填滿,從而將一個量子勢阱層引入光子晶體中。

一旦該模板被填滿,科學(xué)家們就會移除球體,只留下一個復(fù)雜多孔的單晶體半導(dǎo)體三維結(jié)構(gòu),接著,他們用一層非常纖薄的具有更寬頻帶間隙的半導(dǎo)體包裹住整個結(jié)構(gòu)以改進(jìn)其性能并阻止表面復(fù)合。

該研究團(tuán)隊使用這項技術(shù)制造出了首塊三維光子晶體發(fā)光二極管。這表明,使用這種概念能制造出功能性的設(shè)備?,F(xiàn)在,布勞恩團(tuán)隊正在努力優(yōu)化這種方法,以制造出特定功能的太陽能電池、超材料或低閾激光器等。

尼爾森表示,研究顯示,可以通過改變設(shè)備的幾何形狀來獲得任何性能,我們可以朝著這個方向前進(jìn),研制出各種超的新能源設(shè)備。

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