研究人员发现，新型实用的硅基LED的亮度是以前的前向偏置硅LED的10倍

几十年来，研究人员一直在尝试创建一种可以用其芯片制造的有效的硅LED。

在设备级别，这种探索对于我们的移动设备上不可用的所有应用程序都很重要，并且这些应用程序将依赖于廉价且易于制造的红外光源。

硅LED专门用于红外光，使其适合于自动对焦相机或测量距离的能力，这是大多数移动电话现在所具有的功能。

但是实际上，没有电子产品使用硅发光二极管，而是要选择更昂贵的材料，它们必须单独制造。

但是，这种难以捉摸的发光硅基二极管的前景可能正在改变。

在博士生JinXue的领导下，麻省理工学院的研究人员设计了由新加坡GlobalFoundries制造的带有硅LED的功能性CMOS芯片。

他们在最近的IEEEInternational Electron Devices（IEDM）会议上介绍了他们的工作。

坦白地说，到目前为止，主要问题是硅不是一种非常好的LED材料。

LED由富含激发的自由电子的n型区域组成，并且连接到包含带正电荷的“空穴”的p型区域。

这些电子充满。

当电子进入这些空穴时，它们将降低能级，释放出能级差。

诸如氮化镓或砷化镓之类的标准LED材料是直接带隙材料。

电子是强大的发光体。

最小导带和最大价带具有相同的电子动量。

导带底部的电子具有与价带相同的电子动量。

具有顶部的孔可以通过辐射复合而发光，从而具有较高的复合概率和较高的发光效率。

但是，硅是一种间接的带隙半导体材料，其导带最小值和价带最大值具有不同的动量值。

因此，硅材料中的电子倾向于将能量转换为热量而不是光，从而使硅基LED的能量转换速度和效率低于其同类产品。

因此，只有突破能隙问题，硅基LED才能真正投入使用。

鉴于能隙问题，目前存在两种主要解决方案，一种是制造硅锗合金，另一种是使用正向偏置/反向偏置方法。

第一种方法是制造硅锗合金。

通过将硅晶格的形状从立方结构改变为六边形结构，然后将硅和锗的两种材料以一定比例组合，可以获得直接带隙合金。

今年年初，由荷兰埃因霍温科技大学的Erik Bakkers领导的研究小组成功地使用VLS生长的硅纳米线制备了新型的硅锗合金发光材料，并开发了基于硅的硅基可以集成到现有芯片中的材料。

激光。

研究小组表示，这种小型激光器可能会大大降低数据传输成本，并在未来提高效率。

这是一种好方法，但是制备六角形硅材料并不容易，并且其晶体图像也难以控制。

第二种方法是正向偏置/反向偏置方法。

其中，反向偏置技术已有50多年的历史。

什么是反向偏置？它的全名是反向偏向。

这样，电子不能立即与空穴复合。

当电场达到临界强度时，电子加速并且电流加倍，形成“电雪崩”。

LED可以使用“雪崩”能量。

发出明亮的光。

但是，反向偏置所需的电压通常比标准电压高几倍。

反向偏置与正向偏置相反。

在正向偏置模式下，电子可以根据需要流动。

自21世纪以来，一些研究人员还完善了正向偏置技术，使基于硅的LED能够以1伏特的电压发光。

尽管所需的电压已达到常规CMOS芯片中晶体管的水平，但此类基于硅的LED的亮度仍无法满足日常需求。

麻省理工学院的一位研究人员拉杰夫·拉姆（Rajeev Ram）说：“我们基本上是在压制所有竞争过程以使其可行”。

拉姆说，他们的设计比以前的前向偏置硅LED亮10倍。

这还不足以在智能手机上推广，但Ram相信未来将会有更多的进步。

美国国家标准技术研究院（NIST）美国研究员Sonia Buckley不是MIT GlobalFoundries研究小组的成员。

她说，这些LED优先考虑功率而不是效率。

她说：“如果