納米光電子器件最新進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)

白天為 龔文曄

摘 ?要：納米光電子技術(shù)是一門新興科技，近年來(lái)隨著其發(fā)展及研究受到越來(lái)越多學(xué)者和專家的關(guān)注，該技術(shù)的應(yīng)用更是成為現(xiàn)代人們關(guān)注的熱點(diǎn)。文章主要針對(duì)納米光電子器件展開(kāi)分析，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：納米光電子器件;發(fā)展進(jìn)展;發(fā)展趨勢(shì)

隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，該行業(yè)對(duì)于集成電路器件的性能要求越來(lái)越嚴(yán)格，這使得工程師們不斷探索現(xiàn)有電路器件集成度極限的方法。隨著亞微米、深亞微米以及微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）的不斷發(fā)展，納米電子學(xué)以及納米光電子學(xué)隨之發(fā)展起來(lái)，并且納米量子器件作為其產(chǎn)物繼承了此類技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。納米量子器件能夠根據(jù)其特征分為納米電子器件以及納米電子光器件。納米電子器件由共振隧穿器件、量子點(diǎn)器件以及單電子器件等部件組成;而納米光電子器件主要是由基于應(yīng)變自組裝的納米激光器、量子點(diǎn)紅外光電探測(cè)器等部件組成。

1 納米光電子器件的進(jìn)展

在現(xiàn)階段中已經(jīng)研制出并在實(shí)際生產(chǎn)中能夠使用的納米光電子器件有：納米激光器、量子點(diǎn)紅外光電探測(cè)器、InGaAs/GaAs多量子限自電光效應(yīng)器件、垂直腔面發(fā)射激光器、聚光物發(fā)光二極管等器件。

1.1 納米導(dǎo)線激光器

納米導(dǎo)線激光器能夠發(fā)射出世界最小的激光，其直徑小于人體毛發(fā)的千分之一。該激光器除了能夠發(fā)射紫外激光，還能夠發(fā)射藍(lán)色-深紫外的激光。研究人員發(fā)現(xiàn)，在純氧化鋅晶體中運(yùn)用取向附生技術(shù)能夠制造出此類激光器。納米導(dǎo)線激光器在制造過(guò)程中首先需要制造納米導(dǎo)線，也就是在純氧化鋅的表層上制造一條直徑為20nm～150nm且長(zhǎng)度為10000nm的導(dǎo)線，其次，當(dāng)研究人員在溫室中使用一種激光照射在純氧化鋅表層上的導(dǎo)線中時(shí)，純氧化鋅晶體被激活，其會(huì)發(fā)射一種波長(zhǎng)僅為17nm的激光。納米導(dǎo)線激光器能夠被應(yīng)用于鑒別化學(xué)物質(zhì)等工作中，并且能夠促使磁盤的存儲(chǔ)空間增長(zhǎng)。

1.2 紫外納米激光器

紫外納米激光器能夠發(fā)射直徑小于0.3nm，波長(zhǎng)為385nm的激光，并且該激光器件具有制作簡(jiǎn)單、亮度高、體積小、性能好的優(yōu)勢(shì)，能夠在高密度納米線陣列的制作中起到較好的效果，因此，紫外納米激光器被應(yīng)用于現(xiàn)代許的GaAs器件無(wú)法設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。該激光器主要是應(yīng)用了催化外延晶體生長(zhǎng)的氣相輸運(yùn)法合成的原理：（1）將藍(lán)寶石底部貼上一層1nm～3.5nm厚的金膜;（2）將貼膜后的藍(lán)寶石放置在氧化鋁上，并將底部與材料放置氨氣中加熱至880℃～905℃，就能夠生產(chǎn)Zn蒸汽;（3）將Zn蒸汽與藍(lán)寶石底部相連，于2～10min中藍(lán)寶石底部會(huì)生成截面積為六邊形2～10um的納米線。相關(guān)文獻(xiàn)表示，ZnO納米線能夠生成天然的激光腔，其能夠發(fā)射直徑為20nm～150nm的激光，并且大部分激光的直徑在70nm～100nm左右。ZnO納米線在發(fā)生光譜期間，其激光的功率會(huì)隨著泵浦功率的增大而增大，當(dāng)泵浦功率超過(guò)ZnO納米線的最大閥值時(shí)，放射激光會(huì)達(dá)到峰值[1]。這種現(xiàn)象使得研究人員發(fā)現(xiàn)了：當(dāng)ZnO納米線受激發(fā)射激光時(shí)，能夠?qū)⑵渥鳛橐环N天然的諧振腔，并且通過(guò)調(diào)整能夠成為比較理想的微型激光光源。該激光器能夠在光計(jì)算、信息儲(chǔ)存以及納米分析儀等方面起到較好的應(yīng)用效果。

1.3 量子阱激光器

自從半導(dǎo)體片的線路寬度由蝕刻影響，其寬度能夠降到100nm以下，并且僅有少數(shù)電子能夠在電路移動(dòng)，電路移動(dòng)電子數(shù)量的變化都會(huì)為電路造成嚴(yán)重的影響，為了有效降低這種影響，量子阱激光器就孕育而生了。在量子力學(xué)的理論中，量子阱是指將能夠約束電子運(yùn)動(dòng)并使其量子化的勢(shì)場(chǎng)。量子阱激光器就是運(yùn)用該原理將量子約束于半導(dǎo)體激光器的有源層中，并使其量子化，從而產(chǎn)生量子能級(jí)，也就促使能級(jí)之間的電子運(yùn)動(dòng)能夠被約束和限制?，F(xiàn)階段所研發(fā)出的量子阱激光器有兩種不同的類型，一種是量子線激光器，另一種是量子點(diǎn)激光器。

量子線激光器能夠通過(guò)提高音頻、視頻、Internet以及其他使用光纖網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的信息傳達(dá)速度，其能夠使計(jì)算器的反應(yīng)速度以及通信設(shè)備的信息傳遞速度更加迅速。量子點(diǎn)激光器能夠控制小電子群的運(yùn)動(dòng)，使其不產(chǎn)生量子效應(yīng)，但是由于其具有一定的難度，導(dǎo)致現(xiàn)階段的量子點(diǎn)激光器的研究受到了一定的影響，其影響因素來(lái)自許多方面，其中包括溫度、技術(shù)等方面的影響。

1.4 微腔激光器

微腔激光器是現(xiàn)代半導(dǎo)體研究領(lǐng)域中比較熱門的一種激光器件，其主要是應(yīng)用了現(xiàn)代超精細(xì)加工技術(shù)以及超薄材料加工技術(shù)，能夠提高計(jì)算機(jī)磁盤的集成度并且能夠降低磁盤運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪音，并且其在降低磁盤功率方面的特征最為顯著，有文獻(xiàn)指出，50萬(wàn)個(gè)激光器同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的功率僅有2.5W。微腔激光器中應(yīng)用比較廣泛的是微碟激光器，其如名字一般，是一種形狀如碟形的激光器件[2]，其內(nèi)部使用的蝕刻工藝使得其直徑非常小，并且厚度較薄，圓碟周圍無(wú)任何部件，并且僅由一個(gè)微小底部進(jìn)行支撐。半導(dǎo)體與空氣的折射率存在較大的差異，因此，微碟內(nèi)部產(chǎn)生的光會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象，直到折射廣播累積了一定量的能量后即可沿著其邊緣進(jìn)行折射，該激光器的效率較高，并且耗能低，在運(yùn)作時(shí)僅需耗費(fèi)100uA的電路。

2 納米光電子器件的發(fā)展趨勢(shì)

微電子器件是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息技術(shù)的重要組成部分，其發(fā)展產(chǎn)物為納米電子器件。光電子器件是組成現(xiàn)代通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及集成像顯示的重要部件，其進(jìn)步產(chǎn)物為納米光電子器件、納米光電集成電路等器件。納米量級(jí)的集成器件突破了傳統(tǒng)電子量學(xué)的限制，電子的運(yùn)動(dòng)以及量子效應(yīng)，在此部件中得到了充分的應(yīng)用，傳統(tǒng)的微電子技術(shù)已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求[3]，為了適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，業(yè)界和學(xué)者已經(jīng)將發(fā)展方向瞄準(zhǔn)了納米電子器件以及納米光電子器件的研究與應(yīng)用中，因此，其擁有廣闊的發(fā)展前景。

納米光電子器件的發(fā)展方向主要有兩方面：以Si和GaAs為主的固體電子器件的尺寸越來(lái)越小;而有機(jī)高分子和生物學(xué)材料組成器件的尺寸愈來(lái)愈大，其能夠促進(jìn)現(xiàn)代新型納米器件的不斷發(fā)展。

3 結(jié)束語(yǔ)

納米電子器件以及納米光電子器件是現(xiàn)代信息技術(shù)以及納米技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，其制造水平以及應(yīng)用趨勢(shì)更是我國(guó)社會(huì)進(jìn)入現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，現(xiàn)代納米技術(shù)發(fā)展要立足于我國(guó)的國(guó)情，堅(jiān)持實(shí)事求是的原則，不斷研究、創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)納米電子技術(shù)以及納米光電子技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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[2]李琳，于鳳梅.納米光電子器件在照明、顯示技術(shù)中的發(fā)展和應(yīng)用[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，15（10）：94-98.

[3]程開(kāi)富.納米光電子器件的最新進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].電子與封裝，2015，5（9）：1-3.