黑科技：利用單層半導(dǎo)體制成超薄LEDs

2015年，加州大學(xué)柏克萊分校（UC Berkeley）電機(jī)工程及計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院的Ali Javey教授，于科學(xué)期刊（Science）發(fā)表了一篇論文，揭示了利用單層半導(dǎo)體（monolayer semiconductor）制成超薄LEDs的可能性。但當(dāng)時(shí)的技術(shù)，若將單層半導(dǎo)體的尺寸擴(kuò)大，其厚度也會(huì)同時(shí)增加，真正應(yīng)用有限。而日前，其團(tuán)隊(duì)表示已成功制成能擴(kuò)展長(zhǎng)與寬同時(shí)而不影響厚度，且僅有三個(gè)原子厚的LEDs 。新的研究結(jié)果已發(fā)表于《自然通訊》期刊（ Nature Communications ）上。 LEDs當(dāng)對(duì)LEDs施加電壓時(shí)，電子會(huì)達(dá)到激發(fā)態(tài)（excited state），然后當(dāng)其在接觸點(diǎn)與電洞相遇時(shí)，會(huì)衰變回到基態(tài)（ground state），同時(shí)將能量以光的形式釋放出來(lái)。這便是LEDs的運(yùn)作方式。

因此，在提升LEDs發(fā)光效率上最困難的問(wèn)題在于，如何讓自由電子與電洞更有效率的接觸。尤其是當(dāng)半導(dǎo)體的尺寸僅有單層厚時(shí)，其中可以運(yùn)用的材料并不多，使得難度更加提高。 單層半導(dǎo)體而研究人員以過(guò)渡金屬二硫?qū)倩铮═ransition-metal dichalcogenides ，簡(jiǎn)稱(chēng)TMDCs）制成單層半導(dǎo)體，此種材料具有類(lèi)似于石墨烯的半導(dǎo)體特性，被認(rèn)為是下一代的重要光電材料。然后于半導(dǎo)體的上下放置閘極（Gate）及源極（Source）制成LEDs ，當(dāng)交流電在閘極與源極間接通時(shí)，自由電子與電洞會(huì)同時(shí)出現(xiàn)于在中間的單層半導(dǎo)體，進(jìn)而使其將能量以光釋放出來(lái)。

▲ 此LEDs的構(gòu)型。（圖：Ali Javey ）

未來(lái)發(fā)展目前此LEDs仍有許多地方需要持續(xù)改進(jìn)，尤其其能源效率目前僅有1%，遠(yuǎn)不及市售的的25～30%。但如同其研究團(tuán)隊(duì)中的博士后研究員Der-Hsien Lien 所說(shuō)：“此材料相當(dāng)?shù)谋∏揖哂袕椥?，因此可以制成透明且?yīng)用于彎曲表面上”。目前透明顯示器已成為科技界的新目標(biāo)，此研究結(jié)果將會(huì)有相當(dāng)大的影響。此外，目前已有研究透過(guò)化學(xué)氣相沉積法（chemical vapor deposition）大量制成高質(zhì)量的TMDCs，因此有望借由其特性解決目前集成電路面臨的物理極限問(wèn)題。