2015年,加州大學(xué)柏克萊分校(UC Berkeley)電機(jī)工程及計算機(jī)科學(xué)學(xué)院的Ali Javey教授,于科學(xué)期刊(Science)發(fā)表了一篇論文,揭示了利用單層半導(dǎo)體(monolayer semiconductor)制成超薄LEDs的可能性。但當(dāng)時的技術(shù),若將單層半導(dǎo)體的尺寸擴(kuò)大,其厚度也會同時增加,真正應(yīng)用有限。
而日前,其團(tuán)隊表示已成功制成能擴(kuò)展長與寬同時而不影響厚度,且僅有三個原子厚的LEDs 。新的研究結(jié)果已發(fā)表于《自然通訊》期刊( Nature Communications )上。
LEDs
當(dāng)對LEDs施加電壓時,電子會達(dá)到激發(fā)態(tài)(excited state),然后當(dāng)其在接觸點與電洞相遇時,會衰變回到基態(tài)(ground state),同時將能量以光的形式釋放出來。這便是LEDs的運(yùn)作方式。因此,在提升LEDs發(fā)光效率上最困難的問題在于,如何讓自由電子與電洞更有效率的接觸。尤其是當(dāng)半導(dǎo)體的尺寸僅有單層厚時,其中可以運(yùn)用的材料并不多,使得難度更加提高。
單層半導(dǎo)體
而研究人員以過渡金屬二硫?qū)倩铮═ransition-metal dichalcogenides ,簡稱TMDCs)制成單層半導(dǎo)體,此種材料具有類似于石墨烯的半導(dǎo)體特性,被認(rèn)為是下一代的重要光電材料。然后于半導(dǎo)體的上下放置閘極(Gate)及源極(Source)制成LEDs ,當(dāng)交流電在閘極與源極間接通時,自由電子與電洞會同時出現(xiàn)于在中間的單層半導(dǎo)體,進(jìn)而使其將能量以光釋放出來。
▲ 此LEDs的構(gòu)型。(圖:Ali Javey )
未來發(fā)展
目前此LEDs仍有許多地方需要持續(xù)改進(jìn),尤其其能源效率目前僅有1%,遠(yuǎn)不及市售的的25~30%。但如同其研究團(tuán)隊中的博士后研究員Der-Hsien Lien所說:“此材料相當(dāng)?shù)谋∏揖哂袕椥?,因此可以制成透明且?yīng)用于彎曲表面上”。目前透明顯示器已成為科技界的新目標(biāo),此研究結(jié)果將會有相當(dāng)大的影響。
此外,目前已有研究透過化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition)大量制成高質(zhì)量的TMDCs,因此有望借由其特性解決目前集成電路面臨的物理極限問題。
更多LED相關(guān)資訊,請點擊LED網(wǎng)或關(guān)注微信公眾賬號(cnledw2013)。