等離激元半導(dǎo)體將為電子學(xué)帶來(lái)革命性的改變

【導(dǎo)讀】在此之前的等離激元器件都只以介于金屬和絕緣體(電介質(zhì))之間的界面為基礎(chǔ)制作。但根據(jù)伯克利實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)新的研究成果稱，許多常見(jiàn)的半導(dǎo)體也可通過(guò)工藝加工而可以傳輸等離子體。該實(shí)驗(yàn)室的報(bào)告中也稱，在摻雜空穴的半導(dǎo)體納米晶體——量子點(diǎn)中，實(shí)現(xiàn)了表面等離子體共振。

摘要：  在此之前的等離激元器件都只以介于金屬和絕緣體(電介質(zhì))之間的界面為基礎(chǔ)制作。但根據(jù)伯克利實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)新的研究成果稱，許多常見(jiàn)的半導(dǎo)體也可通過(guò)工藝加工而可以傳輸?shù)入x子體。該實(shí)驗(yàn)室的報(bào)告中也稱，在摻雜空穴的半導(dǎo)體納米晶體——量子點(diǎn)中，實(shí)現(xiàn)了表面等離子體共振。

關(guān)鍵字：  等離激元，  光量子，  電子，  耦合，  LED

據(jù)美國(guó)能源部(DOE)下屬機(jī)構(gòu)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的研究人員表示，等離激元(Plasmonic)半導(dǎo)體有望使光量子和電子的耦合變得容易，這將為電子學(xué)帶來(lái)革命性的改變。

等離子體(Plasmon)是一對(duì)自由電子結(jié)合成為準(zhǔn)粒子進(jìn)入波表面?zhèn)鞑r(shí)的波峰，可使這對(duì)自由電子的頻率與附帶的光量子頻率匹配，從而使電子等離子和光量子形成諧振而耦合。如果由伯克利實(shí)驗(yàn)室預(yù)測(cè)的這種局部表面等離子體實(shí)現(xiàn)共振的話，就可以實(shí)現(xiàn)電子互連中的信號(hào)傳播速度加速到光速，用于激光和傳感器的片上透鏡，新一代超高效等離激元LED，新一代超靈敏度生化探測(cè)器，以及可彎曲周圍物體光路的特異材料。這種超材料可以用來(lái)制成隱形斗篷(電子工程專輯版權(quán)所有，謝絕轉(zhuǎn)載)。

在此之前的等離激元器件都只以介于金屬和絕緣體(電介質(zhì))之間的界面為基礎(chǔ)制作。但根據(jù)伯克利實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)新的研究成果稱，許多常見(jiàn)的半導(dǎo)體也可通過(guò)工藝加工而可以傳輸?shù)入x子體。該實(shí)驗(yàn)室的報(bào)告中也稱，在摻雜空穴的半導(dǎo)體納米晶體——量子點(diǎn)中，實(shí)現(xiàn)了表面等離子體共振。

“摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)開啟了量子—電子強(qiáng)耦合性質(zhì)為了應(yīng)用的可能性，這對(duì)光捕獲、非線性光學(xué)和量子信息處理都將產(chǎn)生影響?！辈死麑?shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Paul Alivisatos說(shuō)。

通過(guò)空穴摻雜銅硫P型載流子的量子約束效應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)電子性質(zhì)，使表面等離子體共振的頻率在近紅外波段。研究人員表示，量子和電子之間的強(qiáng)耦合模式，可以用于極大地提高太陽(yáng)能光伏和人工光合作用的光激發(fā)作用。下一步，研究小組將用銅硒和鍺(原文為quermanium)碲化物半導(dǎo)體試驗(yàn)，并分別測(cè)量用該材料制造的太陽(yáng)能電池和存儲(chǔ)器件的預(yù)期增值(電子工程專輯版權(quán)所有，謝絕轉(zhuǎn)載)。

半導(dǎo)體(電子工程專輯) src="/21ic_image/21icimage/201406/5a83ec1af8ef85c886dcb9e01259fe57.jpg" width=423 align=center>

透射電子顯微鏡圖片展示了三個(gè)量子點(diǎn)的樣本，平均尺寸為a.2.4nm，b.3.6 nm，c.5.8nm

注：

由于在制造納米光子集成線路上的無(wú)限潛力，基于表面等離激元(Surface Plasmon)的納米光子學(xué)，即表面等離激元學(xué)(Plasmonics)，受到了全球龐大的微電子工業(yè)的廣泛關(guān)注(電子工程專輯版權(quán)所有，謝絕轉(zhuǎn)載)。

傳統(tǒng)光子學(xué)元件的尺寸往往限制在微米以上，但能工作在上百太赫茲(10～12 Hz)的頻率，運(yùn)行速度極快;而微電子元件的尺寸已能縮小到幾十納米，卻最高只能工作在吉赫茲(10～9 Hz)頻率，運(yùn)行速度相對(duì)較慢。如果能將光子線路整合到微電子線路中，將有可能大大提高傳統(tǒng)微電子芯片的處理速度。但是，光子學(xué)元件和微電子元件的尺寸差距極大地妨礙了它們的整合，從而阻礙了利用光子學(xué)元件提高微電子線路運(yùn)行速度的可能。正因?yàn)榇?，基于表面等離激元的納米光子集成線路成為了解決這個(gè)尺寸匹配問(wèn)題的關(guān)鍵因素。為了實(shí)現(xiàn)表面等離激元納米光子集成線路，我們需要那些與基本的微電子元件相對(duì)應(yīng)的表面等離激元元件。到目前為止，這方面的突破性工作都集中在被動(dòng)型表面等離激元元件，例如等離激元波導(dǎo)，諧振器和耦合器。而關(guān)于主動(dòng)型表面等離激元元件的研究卻十分有限，例如表面等離激元調(diào)制器和開關(guān)。