新型光電子材料(完整版)
【正文】 摩爾定律將受到挑戰(zhàn)。光電信息功能材料研究進展 趙昶 （北京石油化工學(xué)院） 提綱 一、光電信息功能材料－現(xiàn)代信息社會的支柱 二、光電信息功能材料研究進展 硅微電子技術(shù)發(fā)展趨勢 硅基異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料與光電器件 激光器材料與器件 寬帶隙半導(dǎo)體材料和器件 納米 (低維 )半導(dǎo)體材料與量子器件 其他光電信息功能材料與器件 三、發(fā)展趨勢 3/9/2023 1 一、引言： 21世紀是高度信息化的社會 ? 超大容量信息傳輸、超快實時信息處理和超高密度信息存儲是 21世紀信息社會 追求的目標(biāo)，發(fā)展信息功能材料是基礎(chǔ)。 ? 為此，人們在積極探索基于全新原理的量子計算、分子計算和 DNA生物計算等同時，更寄希望于發(fā)展新材料和新技術(shù)，以求進一步提高硅基集成芯片的運算速度和功能。 ? 五個月后， Green等采用類似于高效硅太陽能電池的倒金字塔結(jié)構(gòu)，利用光發(fā)射和光吸收互易的原理 ,又將硅基 LED的近室溫功率轉(zhuǎn)換效率提高到 1%。從總體來看，其特性可與藍寶石襯底的結(jié)果相比。 寬帶隙半導(dǎo)體材料與器件 3/9/2023 15 ? 半導(dǎo)體固態(tài)光源的廣泛應(yīng)用 ， 將觸發(fā)照明光源的革命 ！ 目前 GaN基高功率 LED的流明效率為 50lm/瓦 （ 小芯片為 70lm/瓦 ） 的GaN基白光 LED已研制成功；但體積僅為白熾燈的 1% 和功耗的 1/3。 寬帶隙半導(dǎo)體材料與器件 3/9/2023 18 III族氮化物窄禁帶化合物主要是指 GaAs1xNx和 Ga1yInyAs1xNx等，具有大的帶隙彎曲，直接帶隙可達近紅外波段；因在光通信和提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率等方面有重要的應(yīng)用前景，而受到廣泛的重視。 目前發(fā)展的方向是研制光電集成芯片材料和器件，以滿足新一代光纖通信和智能光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求。 半導(dǎo)體量子線可用應(yīng)變自組裝方法 ， VLS方法 ， 在圖形化襯底上和通過精細加工的方法等獲得 。 納米半導(dǎo)體材料與量子器件 3/9/2023 28 金納米液滴分布在氧化硅上面，用 VLS 方法，通過變換氣相成分，生長 Ⅲ Ⅴ 和 Ⅳ 超晶格。 納米線長 210微米 ， 直徑為 20150納米 。 3/9/2023 34 3/9/2023 35 其它信息功能材料與器件研究進展 信息存儲材料和器件： ? 磁記錄材料仍是目前最重要的存儲材料，預(yù)計到 2023年左右，磁性材料中磁記錄單元的尺寸將達到其記錄狀態(tài)的物理極限（ 100Gb/in2）。開發(fā)利用電子的自旋，光子的偏振、位相等屬性和波函數(shù)工程與量子態(tài)調(diào)控等。 ? 深入開展硅基懸浮柔性層、量子點柔性層、活性原子層和重位晶界柔性層等制備技術(shù)研究，對開拓新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料體系有著極其重要的意義。 ? 類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物兼有絕緣體、半導(dǎo)體、鐵磁體和超導(dǎo)體性能，對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的深入研究，有可能開拓一條研制新型寬禁帶半導(dǎo)體材料的新途徑。 3/9/2023 38 ? 信息功能材料體系： ? 由同質(zhì)外延 晶格匹配、小失配和應(yīng)變補償異質(zhì)外延 大失配異質(zhì)外延材料體系發(fā)展。 ? 探索尋找可實用的海量光存儲新材料和發(fā)展諸如三維光存儲技術(shù)、全息光存儲技術(shù)和近場光存儲等是目前的主攻方向。 在 266納米光的激發(fā)下 ， 由納米線陣列發(fā)出波長在 370400納米的激光 。這種結(jié)構(gòu)可以用作納米條型碼，也可以制成納米 PN結(jié)和 LED,在超靈敏生物和化學(xué)檢測和高集成邏輯門電路方面得到應(yīng)用。 半導(dǎo)體量子線材料和器件 納米半導(dǎo)體材料與量子器件 3/9/2023 23 10nm （ 110） （ 110） 納米半導(dǎo)體材料與量子器件 中科院半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室研制的 InP基 InAs/InAlAs量子線超晶格 TEM(110)截面像（下圖上）， (110)截面像（下圖左） ,室溫偏振光致發(fā)光圖（下圖右）。 ? 繼 2023
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