Šviesos diodai iš silicio

   Iš silicio pagaminti šviesos diodai gali padaryti tai, ko iki šiol niekam nepavykdavo - viename luste sutelkti silicio mikroelektronikos ir optoelektronikos prietaisus. Naujasis komponentas gali žymiai paspartinti telekomunikacinių technologijų pažangą.

   Kevino Homewoodo vadovaujama Surrey universiteto (Anglija) grupė sukūrė silicio šviesos diodą, verčiantį elektros srovę šviesa taip pat efektyviai, kaip ir įprastiniai šviesos diodai.

   Silicis yra pagrindinė elektronikos medžiaga - visi integriniai grandynai yra gaminami būtent iš jo. Bet jau dvidešimt metų informacinėms technologijoms yra svarbūs ne tik elektros srovę pernešantys elektronai, bet ir šviesos pluoštelius sudarantys fotonai. Stiklo skaidulomis galima perduoti kur kas daugiau informacijos nei vario laidais. Todėl daugumoje ryšio sistemų dabar yra naudojami ne elektriniai, bet lazerio spinduliuotės impulsai.

   Tačiau tam reikalingų šviesos šaltinių vis nepavykdavo įterpti į silicio grandynus. Tie prietaisai yra gaminami iš puslaidininkių, kurie nesiderina su siliciu, todėl optinius ir elektroninius prietaisus tekdavo gaminti atskirai ir tik po to montuoti į vienus "optoelektroniniais" vadinamus blokus. Fizinis šviesos šaltinių ir elektroninių grandynų atskyrimas labai stabdė tolesnį įrenginių miniatiūrizavimą ir jų spartą.

   Idealiausia būtų gaminti šviesos šaltinius iš paties silicio, bet silicis nepakankamai intensyviai spinduliuoja. Siekiant išspausti iš silicio šviesą buvo naudojamos įvairios gudrybės. Bene geriausiai tas pavykdavo, kuomet silicis buvo sudalijamas į mažyčius, milijoninės milimetro dalies gabalėlius (nanokristalus). Tai galima padaryti ėsdinant silicio paviršių tam tikromis rūgštimis. Kuomet elektros srovę pernešantys krūvininkai susirenka tokiose mažose dėžutėse, jie pradeda žymiai efektyviau spinduliuoti fotonus. Todėl silicio nanokristalai pradeda švytėti. Visa tai liudija, kad silicio užsispyrimą nešviesti įveikti galima, nors telekomunikacijų pramonei panaudotieji būdai jie nėra pakankamai geri.

   Homewoodas su kolegomis sugalvojo kaip kitaip susprausti krūvininkus silicyje ir šitaip priversti juos švytėti. Jie mano, kad dabar efektyvius šviesos šaltinius bus galima gaminti ir iš silicio.

   Anksčiau silicio nanokristalai būdavo apsupti nelaidžios medžiagos, todėl elektronai sunkiai pasiekdavo tas spinduliuojančias daleles - jos buvo lyg salelės nepraplaukiamoje jūroje. Homewoodo grupė gamina saleles "jūroje" iš paties silicio, taigi jos nebepanėši į salas, o veikiau į aptvarus sausumoje. Tuos aptvarus sudaro silicio kristalinės sandaros defektai. Juos mokslininkai sukūrė bombarduodami silicio gabalėlį boro atomais. Pakaitinus boru aptrankytą silicį 1000oC temperatūroje defektai susirenka į uždaras kilpas, sugaudančias krūvininkus ir priverčiančias silcį švytėti.

   Šie rezultatai yra paskelbti naujausiame žurnalo "Nature" numeryje.
   Ng, W. L. et al. An efficient room-temperature silicon-based light emitting diode. Nature 410, 192-194 (2001).


Mokslo įdomybės