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會發光的碳奈米管

2011/02/08 | 未分類 |

Original publish date:May 10, 2003

編輯 Agape 報導

IBM的科學家繼碳奈米管場效電晶體之後﹐利用類似的結構﹐開發出會發光的碳奈米管元件。

在現今奈米科技的熱潮中﹐碳奈米管可算是其中的明星之一。經過科學家們的創意與努力﹐碳奈米管的研究已經被應用在如場效電晶體﹑電子顯微鏡X光源生物電子元件﹑,溫度計等方面。在本期的Science雜誌中﹐IBM Thomas J. Watson實驗室的J. A. Misewich與其同事們﹐發表了只要通以電流﹐就會自行發光的碳奈米管元件。

在一般的發光元件中﹐其機制是在元件中﹐透過電子與電洞結合所釋放的能量﹐經由光子的形式而發光。被廣泛使用的發光二極體﹑半導體雷射等的發光機制﹐都屬於這一類。然而﹐Wisemich等人的碳奈米管元件﹐卻是利用金屬與碳奈米管之間所形成的Schottky barrier﹐來決定通入電流時﹐所注入碳奈米管的帶電粒子是電子還是電洞。

Wisemich的元件﹐基本上仍是一個三極的場效電晶體結構(見附圖)。他們首先是將直徑約為1.4nm 的碳奈米管﹐以溶液盛裝﹐隨機地散佈於長有150nm 二氧化矽的p-type矽晶圓上。接著利用蝕刻與lift-off的方式﹐製造源極與閘極的金屬接線圖案﹐然後將50nm的鈦蒸鍍上去。之後將整個元件在氬氣中﹐以攝氏850度的溫度退火(anneal) 。他們發現﹐利用這樣的製程﹐可以形成較窄的鈦-碳奈米管的接面。最後﹐於室溫下鍍上10nm的二氧化矽﹐並且先後分別在forming gas(通常為95%氮氣+5%氫氣)( 攝氏400度) 與氬氣(攝氏700度)中加熱30分鐘與2分鐘。

這樣的元件﹐在對源極與閘極通以不同極性的電流時﹐Misewich等人觀察到紅外光波長(>0.8um)的發光現象。其頻譜亦涵蓋了1.5um波長的光﹐這個波長正是目前光纖通訊中所廣泛使用的。Misewich等人所製造的元件﹐與傳統半導體發光元件不同﹐並沒有使用攙雜質(doping) 來製造電子或電洞的區域。一切都是由金屬-碳奈米管結面的特性來決定﹐如此使相關製程較為簡單。此外﹐這樣的碳奈米管元件發出的光波長﹐受到其能帶﹑也就是奈米管直徑的影響。所以透過製造不同直徑的碳奈米管﹐就可以調整所發光的波長。

目前﹐Misewich等人正在著手研究嘗試使用不同的二氧化矽層厚度﹑以及開發其它適合的材料﹐看看是否能增進元件的發光效率。電腦巨人IBM在這波奈米風潮中﹐下一步會帶來什麼樣的突破﹐就讓我們拭目以待。

<附圖﹕碳奈米管發光元件結構示意圖>
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原始論文:

PhysicsWeb: Carbon nanotubes light up, May 2 (2003)

Electrically Induced Optical Emission from a Carbon Nanotube FET, J. A. Misewich et al., Science 300, 783 (2003)

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Sep 08, 2005] 你也可以做的奈米碳管薄片
  • [Apr 25, 2005] 最細的水管-碳奈米管
  • [Apr 16, 2005] 像液晶的碳奈米管

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