麻省理工研究團隊宣布,當前設計一款實用性非常強的矽基LED

2021-01-08 電子發燒友
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麻省理工研究團隊宣布，當前設計一款實用性非常強的矽基LED

OFweek半導體照明網 發表於 2021-01-04 15:59:29

　　近日，麻省理工研究團隊宣布，當前設計一款實用性非常強的矽基LED，它將採用正偏方法，相較於其他的矽基LED亮度提升10倍。

　　本次研製的新款矽基LED採用了正偏方法，同時將LED中PN結的組合方式進行改變，成功將矽材料的光電能量轉換效率提高，進一步提升矽基LED的亮度，並降低了LED的製造成本。

　　對於矽材料來說，這是人類使用最廣泛的材料之一，主要使用在製造半導體器件和集成電路領域中。不過由於矽材質的特殊性，始終沒有涉及至光學領域中，所以矽基LED一直沒有實現。

　　發光二極體內的PN結包含一個P區和N區，這將決定二極體的發光效率。其中，N區內充滿受激的自由電子，P區則具備帶正電荷的空穴，吸引著P區的電子。隨著電子衝入空穴，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。

　　目前應用較為普遍的氮化鎵、砷化鎵等材料屬於直接帶隙材料，常用於LED中，它的導帶最小值和價帶最大值具有同一電子動量，導帶底的電子與價帶頂的空穴可以通過輻射複合而發光，複合機率大，發光效率高。

　　而矽作為一種間接帶隙半導體材料，其導帶最小值和價帶最大值的動量值不同，它更傾向於將能量轉化為熱，而不是光，所以其轉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Erik Bakkers領導的研究團隊採用VLS生長納米矽線成功研製一種新型的矽鍺合金髮光材料，成功改善上述問題，並且通過該材料研製出一款能夠集成到現有晶片中的矽基雷射器。該款雷射器的研製成功，可能會在未來大幅降低數據傳輸的成本，並提高效率。

　　而本次麻省理工團隊進一步提升了矽材質的使用概率，提出了一種N區和P區的新型連接方法，將N區和P區從傳統的並列排放改為垂直疊放，讓二極體內的電子及空穴遠離表面和邊緣區域，防止電子將電能轉換為熱量，從而提高發光效率。

　　美國國家標準與技術研究院對該款新型矽基LED作出了評價：「如果你需要低效率、高能耗的光學器件，那麼這款新型矽基LED很適合你。這款LED相較於市場現有產品，製造成本要低很多，更何況現有LED產品尚未集成到晶片上。」

　　麻省理工研究團隊的研究人員拉傑夫·拉姆表示，矽基LED的特性非常符合近程傳感的需求，並透露團隊將針對智慧型手機平臺研發一個用於近距離測距的全矽基LED系統。

　　據悉，本次推出的新款矽基LED在IEEE國際電子器件大會上進行展示，並且將在近程傳感方面有更加廣泛的應用場景。同時，麻省理工研究團隊還準備將此款新款矽基LED集成至CMOS晶片之中，並交于格羅方德在新加坡進行生產。

　　責任編輯：xj

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