近日，麻省理工研究團隊宣布，當(dāng)前設(shè)計一款實用性非常強的硅基LED，它將采用正偏方法，相較于其他的硅基LED亮度提升10倍。
本次研制的新款硅基LED采用了正偏方法，同時將LED中PN結(jié)的組合方式進行改變，成功將硅材料的光電能量轉(zhuǎn)換效率提高，進一步提升硅基LED的亮度，并降低了LED的制造成本。
對于硅材料來說，這是人類使用最廣泛的材料之一，主要使用在制造半導(dǎo)體器件和集成電路領(lǐng)域中。不過由于硅材質(zhì)的特殊性，始終沒有涉及至光學(xué)領(lǐng)域中，所以硅基LED一直沒有實現(xiàn)。
發(fā)光二極管內(nèi)的PN結(jié)包含一個P區(qū)和N區(qū)，這將決定二極管的發(fā)光效率。其中，N區(qū)內(nèi)充滿受激的自由電子，P區(qū)則具備帶正電荷的空穴，吸引著P區(qū)的電子。隨著電子沖入空穴，電子能級驟降，便可以釋放出能量差。然而不同的半導(dǎo)體材料具備不同的電子和空穴的能量，因此所釋放出來的能量便具備一定的差異。
目前應(yīng)用較為普遍的氮化鎵、砷化鎵等材料屬于直接帶隙材料，常用于LED中，它的導(dǎo)帶最小值和價帶最大值具有同一電子動量，導(dǎo)帶底的電子與價帶頂?shù)目昭ǹ梢酝ㄟ^輻射復(fù)合而發(fā)光，復(fù)合幾率大，發(fā)光效率高。
而硅作為一種間接帶隙半導(dǎo)體材料，其導(dǎo)帶最小值和價帶最大值的動量值不同，它更傾向于將能量轉(zhuǎn)化為熱，而不是光，所以其轉(zhuǎn)換速度和效率都不如其他材料。
而在今年，荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)Erik Bakkers領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊采用VLS生長納米硅線成功研制一種新型的硅鍺合金發(fā)光材料，成功改善上述問題，并且通過該材料研制出一款能夠集成到現(xiàn)有芯片中的硅基激光器。該款激光器的研制成功，可能會在未來大幅降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀荆⑻岣咝省?/span>
而本次麻省理工團隊進一步提升了硅材質(zhì)的使用概率，提出了一種N區(qū)和P區(qū)的新型連接方法，將N區(qū)和P區(qū)從傳統(tǒng)的并列排放改為垂直疊放，讓二極管內(nèi)的電子及空穴遠離表面和邊緣區(qū)域，防止電子將電能轉(zhuǎn)換為熱量，從而提高發(fā)光效率。
美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院對該款新型硅基LED作出了評價：“如果你需要低效率、高能耗的光學(xué)器件，那么這款新型硅基LED很適合你。這款LED相較于市場現(xiàn)有產(chǎn)品，制造成本要低很多，更何況現(xiàn)有LED產(chǎn)品尚未集成到芯片上。”
麻省理工研究團隊的研究人員拉杰夫·拉姆表示，硅基LED的特性非常符合近程傳感的需求，并透露團隊將針對智能手機平臺研發(fā)一個用于近距離測距的全硅基LED系統(tǒng)。
據(jù)悉，本次推出的新款硅基LED在IEEE國際電子器件大會上進行展示，并且將在近程傳感方面有更加廣泛的應(yīng)用場景。同時，麻省理工研究團隊還準(zhǔn)備將此款新款硅基LED集成至CMOS芯片之中，并交于格羅方德在新加坡進行生產(chǎn)。
