新技术可将半导体拉成纤维状二极管

2011-5-25 09:02 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网近日报道,二极管是现代电子设备中的核心元件,麻省理工大学研究人员成功制造出一种具有二极管功能的精细纤维,并提供了一种将普通自旋半导体材料拉成纤维的工艺技术,有望给未来的高精电子设备和光子设备开辟一条制造新途径。该研究发表在近日出版的《美国国家科学院院刊》上。

  新材料拉成复合纤维

  目前在宽带通讯领域,大部分光纤用纤维拉丝技术来生产,但这些技术会受到材料的限制,只有在合适温度下才能将所用材料拉成丝。而新研究展示了在拉丝过程中将新材料合成复合纤维的方法,包括那些熔点高的普通纤维。

  研究人员解释说,在拉丝之前需要准备一种粗加工的预成品,比如一个较大的玻璃棒,类似于所生产纤维的特大号模型。把该预成品加热,让它变得像太妃糖一样柔软黏稠,然后拉成纤维。虽然材料的尺寸比预成品大大减小,但组成成分保持不变。他们所用的预成品中包含了硒、硫、锌和锡,还打算涂上一层高分子材料,拉丝过程是在260摄氏度中完成的,而结合这些材料形成的纤维包含了硒化锌,这种化合物的熔点高达1530摄氏度,具有非常重要的电学属性和光学属性。包含硒化锌的复合纤维能作为光子线路,就像传统电路中的电子流动,只不过把电子换成了光束。

  论文合著者、麻省理工大学博士后尼古拉斯·奥夫说,以前所有关于纤维拉丝的方法,对他们所用的新材料都不起作用。只有用新方法,新材料才能拉丝成型。最后的成品纤维很简单,但却有二极管半导体设备的功能,只能单向导电。此前的二极管都无法用这种方法制造。

  奥夫表示,研究还表明,也可以用以前从未考虑过的其他材料来组合拉成纤维。因为纤维材料的物理结构和在预成品中是一样的,我们最终有望利用这些纤维自身的结构,组合出更多更复杂的电路。这种纤维可以作为光线、温度或其他环境下的传感器,还能用于纺织,比如织成太阳能电池布料。

  向“全能纤维”迈出重要一步

  新研究起始于“一根纤维可以精细到什么程度”这一最基本的问题。领导该研究的约尔·芬克说,最近几十年里,人们在制造各种形式的电子设备方面取得了很大进步,但在整体的功能性、纤维精度与织造技术等方面却少有进展,还在用人类早期发明的形式。新研究有望使纤维拉丝也成为一种人工合成新材料的绝佳途径。

  研究人员制造出了15种各不相同的纤维二极管设备,如果进一步研究“还可能得到上百种”,最终能把它们互相连接起来形成电路。

  克莱姆森大学光学材料科学与工程技术中心主管约翰·巴雷托教授补充说:“近来人们开始关注半导体光纤的潜在应用,它结合了光电子和半导体两方面优点。将通常无法直接编织的材料制成织物,使纤维也能作为一种微型固态化学反应器。这也创造了更多机会,可以看做是迈向“全能纤维”的重要一步,能产生、传播、传感并控制光子、电子以及声子。”