新超导材料可使电导率增加10倍

为研制无半导体微电子器件铺平道路

2016年11月10日08:29  来源:科技日报
 

超导材料(示意图)

据最新一期《自然·通信》杂志报道,美国工程师制作出首个无需半导体的光控微电子器件。该微型器件使用了一种新的超导材料,在施加低电压和低功率激光激活时,电导率可增加10倍。这项发现为研制速度更快、功率更强的无半导体微电子设备及更高效的太阳能板铺平了道路。

现有晶体管等微电子器件性能会受限于材料组成。半导体具有带隙,意味着其需要外部能量的推动才能使电子流动起来。而电子的速度是有限的,因为电子在流经半导体时,会不断与原子碰撞,所以半导体会限制器件的电导率或电流。

将电子从材料中释放出来是极具挑战性的工作,需要施加100伏以上的高压、高能激光,或是540℃以上的超高温,这无法应用于微型和纳米级电子器件。

加州大学圣地亚哥分校电子工程系教授丹·赛文皮珀领导的研究团队,找到了一种破除电导障碍的新方法并在微观尺度进行了验证。他们制作出的微型器件不需要上述极端条件就能从材料中释放出电子。该器件包含一个工程化“超表面”,这个超表面由蘑菇状金纳米结构组成,位于平行的金条带阵列之上。

这种设计使超表面在施加10伏以下的低电压和低能红外光时,会生成具有高强度电场的“热点”,从而提供足够的能量将电子从金属中拉出并释放出去。实验表明,器件的电导率有10倍以上的增加。

研究人员表示,这虽然不能完全取代所有的半导体器件,但对某些甚高频率或功率的器件来说,不啻为最佳方式。目前,研究团队正在探求该技术除电子学以外的其他应用,从而为制作出新型光伏器件提供可能。(记者冯卫东)

(责编:阴重宇(实习生)、贺迎春)

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