北京时间03月11日消息，中国触摸屏网讯， 光激励发光元件：还可取代CMOS传感器

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    在光激励发光元件的开发方面，石墨烯比CNT领先一步，而且今后性能有望大幅提高。

    芬兰诺基亚2012年8月公开了采用石墨烯的光敏元件（PD）的专利（图9）。将石墨烯FET用于像素的前置放大器。采用了发挥石墨烯光吸收率低的特点层积RGB像素的构造。

 图9：石墨烯或将在光敏元件领域掀起革命

本图是把石墨烯用于光敏元件的开发示例和专利示例。南洋理工大学利用自主开发的方法对石墨烯进行处理，把作为光敏元件（PD）的光增益提高到了原来的约1000倍（a）。诺基亚公开了层积石墨烯FET，检测RGB光的PD相关的专利（b）。利用了石墨烯FET几乎不吸收光的性质。
 
    新加坡南洋理工大学（NTU）开发了大幅提高石墨烯光吸收率的方法，试制了PD（图9（a））。利用自主开发的方法使石墨烯具备带隙，将光增益提高到了原来的石墨烯的约1000倍。从可见光到中红外光均可受光。“已经考虑量产。如果实用化，对从现有的数码相机到利用红外线的人造卫星用摄像元件领域市场，都将产生巨大的冲击”（NTU ）。

    利用等离子体也能提高感度

    还有其他方法也可以提高石墨烯的光增益。日本东北大学教授尾辻泰一等人2007年发现，向石墨烯照射激光器的脉冲光制作的太赫兹波区域的表面等离子体*可大幅提高光增益。IBM公司也于2013年试制了采用表面等离子体的石墨烯红外线传感器。

*表面等离子体＝金属表面的电子与电磁波共振形成的疏密波。

    尾辻等人还在研究通过石墨烯产生太赫兹波的元件（图10）。计划用作共振隧穿二极管（RTD），RTD向利用两枚石墨烯夹住介电体层制作的电容器的电极加载偏压即可产生太赫兹波。现有的RTD采用GaAs等化合物半导体，而采用石墨烯可大幅简化构造，价格也能降低。

图10：利用石墨烯产生太赫兹波的RTD正在开发中

    东北大学尾辻研究室打算利用两枚石墨烯夹住绝缘层的简单构造的元件，产生与共振隧穿二极管（RTD）相同的太赫兹波。已经确认了“微分负载电阻”现象。
 
    CNT发光效率也提高至18倍

    CNT最近发现了用作发光元件的可能性。京都大学教授松田一成的研究室开发出了通过半导体型把单层CNT上的激子发光效率提高到原来18倍的技术（图11）。

图11：CNT的发光效率提高至18倍

京都大学松田研究室公布了把CNT的发光效率提高到原来18倍的技术概要。通过设置人工缺陷捕捉以前与CNT的缺陷产生冲突流失的激子，提高了激子的发光效率。
 
    通过在CNT中插入氧原子（O），设置人工缺陷，CNT上的激子*无法随意移动。以前，很多激子都在发光前移动，与CNT上的缺陷产生冲突，作为热量流失了。通过氧原子设置的人工缺陷是“为数不多的不会损坏激子的缺陷”。

*激子＝向半导体照射光子等产生的颗粒物。由电子与空穴对构成。电子与空穴在一定的概率下结合发光。

    宫内表示，“今后力争使效率接近100％，实现单一光子发生元件等”。

    金刚石半导体：突然达到实用化水平

    碳材料之一金刚石半导体因具备大带隙和高载流子迁移率，作为新一代功率半导体，以前就一直在推进取代真空管等的研究。但直到不久前一直存在严重的课题。那就是，“制作的元件的特性很快就会降低”（佐贺大学教授、绿色电子研究所所长嘉数诚，图12）。而且存在一种奇怪的现象，元件特性在早晚通勤高峰时升高，在此外的其他时间降低。

图12：功率半导体用金刚石的可靠性大幅提高

本图为金刚石半导体的优势、用途以及最近大幅提高了可靠性的技术。
 
    嘉数利用同步辐射装置对金刚石表面进行解析发现，（1）表面吸附的大气中的NO2和SO2提高了p型金刚石的载流子密度；（2）温度上升或者在真空中，吸附物会轻松剥落注1）。

注1）以前一直认为，金刚石是通过用氢（H）终止表面的碳变成p型半导体的。而实际上，是氢通过吸附大气中的NO2等变成p型的。

    嘉数利用ALD*法在金刚石表面形成了Al2O3层，以防止NO2等的流失。这样就大幅提高了特性，能够保持与金属相当的高载流子密度。“制作的金刚石FET的性能已经达到实用化水平”（嘉数）。今后的课题是，利用CVD法制作现在通过高温高压压缩碳制作的金刚石晶圆。据说技术方面已经取得眉目。

*ALD（Atomic Layer Deposition）＝原子层沉积法。以一层原子为单位进行沉积的技术。特点是均匀性高。