我國在硅納米線(xiàn)陣列寬光譜發(fā)光研究中取得新進(jìn)展

　　近期，中國科學(xué)院上海微系統與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室SOI材料與器件課題組在硅納米線(xiàn)陣列寬光譜發(fā)光方面取得新進(jìn)展。課題組研究人員將SOI與表面等離子體技術(shù)相結合，研究了硅納米線(xiàn)陣列的發(fā)光性能，并且與復旦大學(xué)合作借助時(shí)域有限差分法(FDTD)理論計算了硅納米線(xiàn)發(fā)光峰位與納米腔共振模式的對應關(guān)系，為實(shí)現硅基光電集成奠定了實(shí)驗與理論基礎，有助于推動(dòng)硅基光源的大規模應用。相關(guān)研究成果以Multiband Hot Photoluminescence from Nanocavity-EmbeddedSilicon Nanowire Arrays with Tunable Wavelength 為題于近期發(fā)表在《納米快報》(Nano Lett.， 2017， 17 (3)， pp1552-1558)上。

　　Si作為微電子工業(yè)領(lǐng)域最重要的基石，在集成電路發(fā)展中起到了至關(guān)重要的作用。但是隨著(zhù)器件尺寸越來(lái)越小，過(guò)高的互連和集成度帶來(lái)了信號延遲和器件過(guò)熱的問(wèn)題，給以大規模集成電路為代表的微電子工業(yè)的持續發(fā)展帶來(lái)了很大的挑戰，而硅基光電子集成則是解決這一難題的理想途徑。然而將兩種截然不同的技術(shù)(電子學(xué)與光子學(xué))集成在同一片硅片上，最大的挑戰是光源的問(wèn)題。對于發(fā)光器件，目前大量的研究集中在GaAs，InGaAs等直接帶隙半導體。但是目前為止實(shí)現III-V族等直接帶隙半導體材料與硅基集成還存在巨大的阻礙。然而，硅由于其間接帶隙結構使得其發(fā)光效率極低，無(wú)法實(shí)現光的有效發(fā)射。SOI課題組母志強、狄增峰、王曦等研究人員將SOI技術(shù)與表面等離子激元技術(shù)相結合，通過(guò)將硅納米線(xiàn)加工成類(lèi)梯形結構，實(shí)現了類(lèi)梯形結構納米共振腔增強的硅納米線(xiàn)陣列的發(fā)光增強。通過(guò)對比實(shí)驗與FDTD計算結果，發(fā)現了納米線(xiàn)陣列的發(fā)光峰位與納米腔共振模式的一一對應關(guān)系。并且通過(guò)制備尺寸漸變的硅納米線(xiàn)陣列，實(shí)現了硅納米線(xiàn)陣列發(fā)光峰位在可見(jiàn)以及近紅外區域的連續可調。這不僅為硅基光源開(kāi)辟了一條新的途徑，而且將有力推動(dòng)硅基光電集成的發(fā)展。

　　該工作得到國家自然科學(xué)基金委創(chuàng )新研究群體、優(yōu)秀青年基金、中科院高遷移率材料創(chuàng )新研究團隊等相關(guān)研究計劃的支持。