[圖]【北美】美國利用納米碳管研制出超亮的LED

美國IBM與杜克大學(xué)的研究人員最近成功地使單壁式納米碳管(single-walled carbon nanotube)，發(fā)出高亮度的紅外光。他們讓納米碳管的一部份懸掛在二氧化硅基板之上，并在單載子操作(unipolar operation)下，結(jié)果使碳管懸空與受支撐處形成的接面發(fā)出高亮度的紅外光（見下圖）。

研究人員以化學(xué)氣相沉積法(chemical vapour deposition)，將直徑2至3 nm的納米碳管橫放在刻有凹槽結(jié)構(gòu)(trench)的二氧化硅基板上，使碳管的一部份橫跨凹槽上方，再加入鈀(palladium)作為源極與漏極，在單載子傳輸條件下(即柵極電壓約小于-3.1伏時會引發(fā)空穴傳輸，柵極電壓大于-2.1伏會引發(fā)電子傳輸)，納米碳管被基板支撐與懸空部份形成的接面處會發(fā)出紅外光，其發(fā)光效率在通入3 μA電流時約為每平方納米每秒107個光子，比目前大面積的LED要高105倍。

研究人員認(rèn)為納米碳管發(fā)光的原因，在于納米碳管被支撐與懸空部份的接面附近，碳管的能帶會彎曲，產(chǎn)生的電場會加速載子，并進(jìn)而生成激子(exciton,即束縛成對的電子及空穴)；當(dāng)電子-空穴對再結(jié)合時就會發(fā)光。根據(jù)研究人員的計算，這種激發(fā)方式的效率是分別從兩端注入電子與空穴再結(jié)合效率的1000倍以上。

這項(xiàng)研究證明了在低維度納米結(jié)構(gòu)中，電子與空穴具有非常強(qiáng)的吸引力，而載子與原子振動間的耦合卻很微弱，同時它也第一次證明在一維系統(tǒng)中，分子內(nèi)熱載子(高能載子)的撞擊激發(fā)(impact excitation)現(xiàn)象。

由于納米碳管發(fā)出的是波長1-2 μm的紅外光，因此具有應(yīng)用在光通訊上的潛力，同時，發(fā)光波長可以藉由改變碳管直徑加以調(diào)整。此外，未來這些納米碳管發(fā)光體也可與同樣以碳管或以硅制成的電子組件整合在同一個芯片上，成為新的電子或光電組件。