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          解密新材料黑磷:比石墨烯更“夢幻”?

          作者: 時間:2015-03-10 來源:esmchina 收藏
          編者按:黑磷超越石墨烯的最大優(yōu)點就在于擁有能隙,不僅更容易進行光探測,而且可通過在硅基板上堆疊的黑磷層數(shù)來調(diào)節(jié)能隙,使其吸收可見光范圍以及通訊用紅外線范圍的波長。

            二維(2D)材料被預期將在國際半導體技術(shù)藍圖(ITRS)所指的2028年硅材料末日接棒,其中最知名的就是(graphene);科學家們也正在研究其他“夢幻材料”,包括過渡金屬硫化物(transition metal dichalcogenides,TMD),如二硫化鉬(molybdenum disulphide,MoS2)。現(xiàn)在又有一種新的2D材料──(black phosphorus)──被視為能解決的一些問題。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/270722.htm

            沒有的缺點──石墨烯缺乏能隙(bandgap)而且與硅不相容;與硅的相容性可望促進硅光子元件(silicon photonics)技術(shù)的發(fā)展,屆時各種芯片是以光而非電子來傳遞數(shù)字信號。率領(lǐng)該研究團隊的美國明尼蘇達大學教授Mo Li表示:“我們首度證實了晶體光電探測器(photodetector)能被轉(zhuǎn)移到硅光子電路中,而且性能表現(xiàn)跟鍺(germanium)一樣好──這是光電探測器的黃金標準。”

            磷在自然界是一種具備高度活性反應(yīng)的物質(zhì)──這也是為何它們被用來制造火柴──不過將磷在烤箱中以精確的溫度烘烤后,它的顏色會變黑,不但性質(zhì)變得非常穩(wěn)定,還轉(zhuǎn)變成一種純晶體型態(tài),能剝離到硅基板上。明尼蘇達大學的研究人員使用20個單層(monolayer)的黑磷打造第一款元件證實其光學電路,據(jù)說可達到3Gbps的通訊速度。

            

          比石墨烯更“夢幻”?解讀新材料黑磷

           

            高性能光電探測器僅使用幾層黑磷(紅色部分),就能感測波導(綠色部分)中的光;也可用石墨烯(灰色)調(diào)節(jié)其性能(來源:College of Science and Engineering,University of Minnesota)

            黑磷超越石墨烯的最大優(yōu)點就在于擁有能隙,使其更容易進行光探測;而且其能隙是可通過在硅基板上堆疊的黑磷層數(shù)來做調(diào)節(jié),使其能吸收可見光范圍以及通訊用紅外線范圍的波長。此外因為黑磷是一種直接能隙(direct-band)半導體,也能將電子信號轉(zhuǎn)成光;Li表示:“我們的短期目標之一是制作黑磷電晶體,而長期目標則是在硅晶片中實現(xiàn)黑磷雷射元件。”

            

          比石墨烯更“夢幻”?解讀新材料黑磷

           

            研究人員將黑磷整合到硅波導光干涉儀(途中的細線),以精確量測其光吸收量以及偵測其中產(chǎn)生的光電流(來源:College of Science and Engineering,University of Minnesota)

            Li聲稱,目前正被研究中的各種2D材料里,黑磷的可調(diào)節(jié)能隙特性與其他材料也擁有的高速運作性能之間,并沒有嚴重的折衷(trade-off)問題,這使得該種材料在上述兩個條件都是“表現(xiàn)最佳”。贊助此研究案的單位包括美國空軍科學研究所(ir Force Office of Scientific Research)以及美國國家科學基金會(NSF)。

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