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硅纳米线阵列宽光谱光源

来源: X-MOL 2017-07-03 17:23:57

硅作为微电子工业领域最重要的基石，在集成电路发展中起到了至关重要的作用。但随着器件尺寸越来越小，过高的互连和集成度带来了信号延迟和器件过热的问题，为大规模集成电路为代表的微电子工业持续发展带来了很大的挑战。硅基光电子集成则是解决这一难题的理想途径。然而将两种截然不同的技术（电子学与光子学）集成在同一片硅片上，最大的挑战是光源的问题。对于发光器件，目前大量的研究集中在GaAs，InGaAs等直接带隙半导体，但目前为止实现III-V族等直接带隙半导体材料与硅基集成还存在巨大的阻碍。另外，由于硅材料具有间接带隙能带结构，其发光效率极低，无法实现光的有效发射。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室与复旦大学物理系合作，针对硅基光电子集成技术中光源的需求，利用硅纳米线阵列，结合表面等离子激元，实现了可见至近红外区域的波长连续可调宽光谱发光。他们将SOI材料中的顶层硅材料加工成具有类梯形结构硅纳米线的阵列，并与银薄膜产生的等离子激元形成共振腔增强，从而实现硅纳米线阵列的发光增强。有意思的是，在声子辅助作用下，光激发热载流子的复合发光不再受制于传统体硅带边发光的限制，而是可以受到纳米腔共振模引起的光场态密度的强烈调控。借助于时域有限差分法(FDTD)理论，他们发现硅纳米线发光峰位与纳米腔共振模式具有对应的关系，并进一步通过硅纳米线阵列尺寸变化改变纳米腔的共振模式，尺寸连续渐变的硅纳米线能够实现发光峰位在可见至近红外区域的连续可调。该研究为硅基光源开辟了一条新的途径，为实现硅基光电集成提供了实验与理论基础，有助于推动硅基光源的大规模应用。

纳米科技

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