纳米光电子技术

第三节　纳米光电子技术

纳米技术的发展，使微电子技术和光电子技术的结合更加紧密，使光电器件的性能大大提高。

一、纳米激光器

2001年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的杨培东研究小组在直径只及人类头发丝1/1000的纳米导线上制造出了世界上最小的激光器——纳米激光器。这一发明将有可能被用于未来的光子计算机。

而美国桑迪亚国家实验室则发现：纳米激光器的微小尺寸可以使光子被限制在少数几个状态上，而低音廊效应则使光子受到约束，直到所产生的光波累积起足够多的能量后透过此结构。纳米激光器达到了极高的工作效率，而能量阈则很低。实验发现，纳米激光器工作时只需约100微安的电流。

纳米激光器

最近，科学家把光子导线缩小到只有0．2立方微米的体积内。在这一尺度上，此结构的光子状态数少于10个，接近了无能量运行所要求的条件。美国马萨诸塞理工学院的研究人员则把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子，其效率之高，令人惊叹。

二、负折射材料

2008年8月，美国科学家研制的一种“超材料”具有改变光线传播方向的能力，光线在这种材料中会出现“负折射”。这种材料能完全弯曲物体周围的光波，使其像围绕一块岩石流淌的河水，从而实现“隐形”的效果。

当光波从具有正折射率的材料入射到具有负折射率的材料的界面时，光波的折射与常规折射相反，入射波和折射波处在于界面法线方向同一侧。在最大不超过1500纳米的波长范围内，即已知的近红外线范围内，可测量出负折射率。

渔网图样的光学“超材料”

科学家又将银和氟化镁交替层叠在一起，并挖出纳米大小的渔网图样，制成一块光学“超材料”。每一层都将形成一个电流环路。这些环路被用来抵御将要靠近的光线产生的磁场，可获得负折射能力。

三、纳米级微型太阳能电池

2008年10月，科学家开发了一种直径仅有人类头发1/20000的太阳能电池。这种新型电池不仅可以作为电子元件用于微型电路，还是首个能够独立完成光电转换的纳米级设备。

这种新型电池是一种具有多层结构的纳米线，形似同轴电缆。它以3种具有不同导电性能的光敏硅材料为主材，能够承受集中光照而不受蚀分解。电池核心是直径约100纳米、覆有硼涂层的长条状硅晶体，外面包裹两层厚50纳米的多晶硅，其中最外一层硅材料覆有磷涂层。阳光照射纳米线时，带负电的电子离开硅晶体，形成正极微孔，也称空穴。电子穿过硅层向外移动，而与电子数量相等但极性相反的空穴则向纳米线核心移动。当纳米线与电路接通时，电子和空穴的移动产生电流，把光能转化为电能。这一新型电池的光电转换效率一般能达到3%以上，最高时能达到5%。