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光電元件﹕矽的敗部復活

2011/02/09 | 未分類 |

Original publish date:Nov 05, 2003

編輯 Agape 報導

科學家利用新的方法﹐提高了矽的紅外線吸收效率﹐預期可以應用在光纖通訊及矽光電元件的製造。

在現今的光纖通訊所使用的光電元件﹐大多數是所謂的化合物半導體(compound semiconductors) ﹐因為它們的波長涵蓋了可見光到(遠)紅外光的範圍。另一方面﹐以矽為主流的電子元件的製造技術也在不斷地進步同時﹐持續有令人興奮的突破。很自然的﹐科學家與工程師們會想要結合上述兩者﹐希望製造出原料取得容易﹑效率高﹑速度快的混合型(hybrid)光電元件。然而﹐化合物半導體(如鍺﹑砷化銦鎵等) 在先天上就與矽”不合”。由於它們在矽的表面的附著不易﹐要在矽元件上製造如光二極體(photodiode) 之類的簡單光電元件並不如想像中容易。

另外一個變通的方法﹐就是直接利用矽來製造光電元件。然而﹐矽本身由於只吸收紅外光(間接吸收﹐indirect bandgap)﹐而且吸收的效率極低﹐並不是特別適合作為光電元件的材料。哈佛大學的Eric Mazur與其同事針對這個問題﹐找出了解決的方法。他們是將六氟化硫(sulphur hexafluoride) 的氣體通於矽的表面﹐同時以雷射脈衝來照射﹐以在矽的表面沉積大小在0.002 mm的顆粒狀突起。這樣一來﹐增加了矽的表面粗糙度﹐有效的光吸收表面積也隨之增加。此外﹐這些所沉積在矽表面的硫﹐可以幫助矽吸收較光滑﹑不含硫的表面波長較長的電磁波。由於這個波長是落在紅外光的範圍﹐使得這樣的結構適合使用在以紅外光波長的光纖通訊中。

Eric Mazur和他的同事下一步努力的目標﹐是嘗試使用硫以外的其他元素﹐希望能達到更強的吸收效率。他們也認為﹐這樣經過表面處理的矽﹐應該也能應用在太陽能電池的製造上。

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