วัสดุที่ใช้ซิลิกอนเปล่งแสงซึ่งมีช่องว่างแถบโดยตรงได้ถูกสร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการ 50 ปีหลังจากที่มีการคาดการณ์คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์เป็นครั้งแรก ความสำเร็จนี้ประสบความสำเร็จโดยทีมงานระดับนานาชาติที่นำ ในเนเธอร์แลนด์ พวกเขาอธิบายวัสดุเส้นลวดนาโนใหม่ว่าเป็น
ของไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยการทำงานต่อไป อุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนเปล่งแสง
สามารถ
ใช้เพื่อสร้างส่วนประกอบต้นทุนต่ำสำหรับการสื่อสารด้วยแสง คอมพิวเตอร์ พลังงานแสงอาทิตย์ และสเปกโทรสโกปี ซิลิคอนเป็นวัสดุมหัศจรรย์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มีราคาถูกและมีจำนวนมากและสามารถประดิษฐ์เป็นทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเล็กลงซึ่งสามารถบรรจุลงในชิปที่มีความหนาแน่นเพิ่มขึ้น
ได้ แต่ซิลิคอนมีข้อบกพร่องร้ายแรงเมื่อนำไปใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงหรือเซลล์แสงอาทิตย์ เซมิคอนดักเตอร์มีช่องว่างของแถบอิเล็กทรอนิกส์ “ทางอ้อม” ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนทางอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างวาเลนซ์ของวัสดุและแถบตัวนำเกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือนในตาข่ายคริสตัล
เป็นผลให้เป็นไปได้น้อยมากที่อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นในแถบการนำไฟฟ้าของซิลิคอนจะสลายตัวไปยังแถบเวเลนซ์โดยการเปล่งแสง ในทางกลับกัน การดูดกลืนแสงโดยซิลิกอนไม่ได้มีแนวโน้มที่จะกระตุ้นเวเลนซ์อิเล็กตรอนเข้าสู่แถบการนำไฟฟ้า ซึ่งเป็นข้อกำหนดของเซลล์แสงอาทิตย์
ในทางตรงกันข้าม การเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กทรอนิกส์ในเซมิคอนดักเตอร์ช่องว่างแถบความถี่ตรงไม่เกี่ยวข้องกับการสั่นของแลตทิซ ดังนั้นวัสดุเหล่านี้จึงปล่อยแสงจำนวนมากเมื่ออิเล็กตรอนถูกกระตุ้น และดีมากในการแปลงแสงเป็นไฟฟ้า ไม่เข้ากันกับการประมวลผลซิลิกอน
เป็นผลให้วัสดุช่องว่างแถบโดยตรงเช่นแกลเลียมอาร์เซไนด์ถูกนำมาใช้เพื่อสร้าง LED, เลเซอร์และเซลล์แสงอาทิตย์ น่าเสียดายที่วัสดุเหล่านี้รวมเข้ากับการประมวลผลของซิลิกอนได้ยาก ทำให้ยากและมีราคาแพงในการสร้างอุปกรณ์ที่รวมคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และความสามารถ
ในการปรับ
ขนาดของซิลิกอนเข้ากับคุณสมบัติทางแสงของวัสดุช่องว่างแถบความถี่โดยตรง ตามหลักการแล้ว อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถนำไปสู่ระบบโทรคมนาคมและระบบคอมพิวเตอร์ที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งข้อมูลจะถูกส่งและประมวลผลโดยใช้แสงเพียงอย่างเดียว
เมื่อ 50 ปีที่แล้ว นักวิจัยได้คำนวณเป็นครั้งแรกว่าโลหะผสมซิลิกอน-เจอร์เมเนียมที่มีโครงสร้างผลึกหกเหลี่ยมควรมีช่องว่างของแถบโดยตรง ปัญหาคือภายใต้สภาวะแวดล้อมทั้งซิลิกอนและเจอร์เมเนียมมีโครงสร้างผลึกคล้ายเพชร ในปี 2558 ทีมงานของ Bakkers ได้พัฒนาวิธีการสร้างเส้นลวด
นาโนเจอร์เมเนียมหกเหลี่ยมและซิลิคอนเจอร์เมเนียมนาโน สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการปลูกสารตั้งต้นเส้นลวดนาโนแกลเลียมอาร์เซไนด์ที่บางมาก (เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 35 นาโนเมตร) จากนั้นเจอร์เมเนียมจะสะสมอยู่บนเส้นลวดนาโน ทำให้ความหนาเพิ่มขึ้น 10 เท่า เส้นลวดนาโนของแกลเลียมอาร์เซไนด์
มีส่วนตัดขวางเป็นรูปหกเหลี่ยม และเป็นผลให้เปลือกเจอร์เมเนียมที่อยู่รอบๆ มีโครงสร้างผลึกหกเหลี่ยมด้วย นี่เป็นเพราะแกลเลียมอาร์เซไนด์เป็นแม่แบบโครงสร้างสำหรับการเติบโตแบบหกเหลี่ยม และอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรที่สูงมากของเส้นลวดนาโนช่วยให้เกิดการเติบโตแบบหกเหลี่ยมได้
เมื่อพวกเขาสร้างเปลือกเจอร์เมเนียมหกเหลี่ยมแล้ว นักวิจัยก็สามารถสะสมซิลิกอน-เจอร์เมเนียมหรือซิลิกอนเพื่อสร้างผลึกหกเหลี่ยมของวัสดุเหล่านั้นได้ อธิบาย “เราสามารถทำสิ่งนี้โดยที่อะตอมของซิลิคอนถูกสร้างขึ้นบนแม่แบบหกเหลี่ยม และด้วยเหตุนี้จึงบังคับให้อะตอมของซิลิคอนเติบโต
ในโครงสร้างหกเหลี่ยม”ข้อบกพร่องและสิ่งสกปรกอย่างไรก็ตาม ในปี 2015 พวกเขาไม่สามารถทำให้เส้นลวดนาโนเปล่งแสงได้ ซึ่งเป็นปัญหาที่ทีมงานกล่าวว่าเกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องและสิ่งสกปรกในโครงสร้างผลึกตอนนี้ทีม ได้ร่วมมือกับนักวิจัยในเยอรมนีและออสเตรียเพื่อสร้างเส้นลวดนาโน
คุณภาพสูง
ที่เปล่งแสงได้ พวกเขาวัดการปล่อยโดยการยิงเลเซอร์ที่เส้นลวดนาโนเพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอน จากนั้นจึงตรวจจับแสงอินฟราเรดที่ปล่อยออกมา “การทดลองของเราแสดงให้เห็นว่าวัสดุมีโครงสร้างที่ถูกต้อง และไม่มีตำหนิ มันเปล่งแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก” นักวิจัยพบว่าการลดปริมาณซิลิกอน
ของโลหะผสมหกเหลี่ยมจาก 35% เหลือ 0 พวกเขาสามารถเปลี่ยนความยาวคลื่นของแสงจาก 1.5 เป็น 3.5 µm ซึ่งทับซ้อนกับความยาวคลื่นของแสงอินฟราเรดบางส่วนที่ใช้ในโทรคมนาคมแบบออปติกในปัจจุบัน เชื่อว่าทีมจะสามารถสร้างเลเซอร์โดยใช้เส้นลวดนาโนได้ในเร็วๆ นี้:
“ถึงตอนนี้ เราได้ตระหนักถึงคุณสมบัติทางแสงที่เกือบจะเทียบเท่ากับอินเดียมฟอสไฟด์และแกลเลียมอาร์เซไนด์ และคุณภาพของวัสดุก็ดีขึ้นอย่างมาก หากทุกอย่างดำเนินไปอย่างราบรื่น เราสามารถสร้างเลเซอร์ที่ใช้ซิลิคอนได้ในปี 2563”เช่นเดียวกับโทรคมนาคมออปติคัลและการประมวลผลด้วยแสง
มหาวิทยาลัยทั่วโลกอยู่ภายใต้แรงกดดันที่เพิ่มขึ้นในการเพิ่มประสิทธิภาพ ตอบสนองต่อกลไกตลาด และโดยทั่วไปดำเนินการในลักษณะธุรกิจ อย่างไรก็ตาม การวิจัยล่าสุดโดยนักฟิสิกส์ชี้ให้เห็นว่าการผสมผสานระหว่างการทบทวนโดยเพื่อนและคำแนะนำของรัฐบาลมีผลเช่นเดียวกันกับการวิจัย
ของมหาวิทยาลัย ซึ่งมีผลเช่นเดียวกันกับความคิดเห็นของผู้บริโภคและกฎระเบียบเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ที่มีต่อธุรกิจ จากข้อมูล จากมหาวิทยาลัยบอสตันในสหรัฐอเมริกาและเพื่อนร่วมงาน ไม่จำเป็นต้องทำให้นักวิชาการทำตัวเหมือนนักธุรกิจมากขึ้น พวกเขาทำอยู่แล้ววัสดุซิลิกอนชนิดใหม่นี้สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างเซ็นเซอร์เคมีต้นทุนต่ำที่ใช้อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
