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半导体科学家发现了一种被认为是不可能的效应

admin 2019-05-11 334人围观 ,发现0个评论

一种被称为“超注入”的物理效应构成了现代发光二极管(led)和激光的根底。

几十年半导体科学家发现了一种被认为是不可能的效应来,人们以为这种效应只发作在半导体异质结构中,即由两种或两种以上半导体资料组成的结构。莫斯科物理与技能研究所的研究人员发现,在由单一资料构成的均质结构中,或许存在超注入现象。这为光源的开展拓荒了全新的远景。

这篇论文宣布在《半导体科学与技能》杂志上(“金刚石同结P-I-N二极管的超注入”)。

插图:Homo-和异质结构。

半导体光源,如激光器和led,是现代技能的中心半导体科学家发现了一种被认为是不可能的效应。它们使激光打印机和高速互联网成为或许。可是只是在60年前,没有人会想到半导体会被用作亮堂光源的资秦书培料。问题在于,要发作光,这种器材需求电子和空穴(任何半导体中的自在载流子)进行重组。电子和空穴的浓度越高,它们从头结合的频率就越高,使得光源更亮。

但是,长期以来,没有一种半导体器材能够一起供给足够高的电子和空穴浓度。解决方案是在20世纪60年代由Zhores Alferov和Herbert Kroemer发现的。他们主张运用异质结构,或“三明治”结构,由两个或多个互补半导体组成,而不是只是一个。

如果在两个带隙更大的半导体之间放置半导体,并施加正向偏置电压,中间层的电子和空穴浓度能够到达比外层高几个数量级的值。这种效应被称为“超注入”,是现代半导体激光器和led的根底。

这一发现为阿尔费罗夫和克雷默赢得了2000年的诺贝尔物理学奖。但是,两个恣意的半导体不能构成一个可行的异质结构。半导体需求有相同的晶格周期。不然,两种资料的界面缺点数量会过多,不会发作光。

在某种程度上,这类似于企图在螺距与螺母不匹配的螺栓上拧紧螺母。因为同伦结构只由一种资料组成,所以器材的一部分是另一部分的天然延伸。尽管同伦结构更简单制造,但人们以为同伦结半导体科学家发现了一种被认为是不可能的效应构不支持超注入,因而不是实践光源的可行根底。

莫斯科物理与技能研究所的Igor Khramtsov和Dmitry Fedyanin的一项发现,彻底改变了人们对怎么规划发光器材的观点。

物理学家们发现,只用一种资料就能完成超注入是或许的。更重要的是,大大都已知的半导体能够运用。“在硅和锗的情况下,重复注入需求低温,这使人们对这种效应半导体科学家发现了一种被认为是不可能的效应的功效发作置疑。但在金刚石或氮化镓中,即便在室温下也会发作激烈的超注入。

这意味着,这种效应能够用于发明大规模的商场设备。依据这篇新论文,在金刚石二极管中,超注入能够发作比之前以为终究或许发作的电子浓度高出1万倍的电子浓度。因而,钻石能够作为紫外线发光二极管的根底,其亮度是最达观的理论核算猜测的数千倍。Khramtsov指出:“令人惊奇的是,金刚石中的超注入效应比大大都群众商场上运用的半导体led和根据异质结构的激光器强50到100倍。”物理学家们着重,从传统的宽禁带半导体到新式的二维资料,超注入应该能够在大范围的半导体科学家发现了一种被认为是不可能的效应半导体中完成。

这为规划高效的蓝色、紫色、紫外和白色led,以及用于光学无线通信(Li-Fi)的光源、新式激光器、量子互联网发射机和用于前期疾病诊断的光学设备拓荒了新的远景。

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