Todos los semiconductores pueden ser excitantes, los semiconductores compuestos aún más. Vamos a tomarlos uno por uno.
GaAs
El arseniuro de galio ha sido el caballo de batalla de los componentes ópticos de semiconductores del infrarrojo cercano durante años. Se puede considerar una tecnología madura, ganancias constantes, inversión de bajo riesgo. Se hicieron algunos intentos de hacer complejos (hasta la tecnología de principios de los 90) chips de GaAs (IEEE JSS Circ. 26, 1991, 245 https://doi.org/10.1109/4.75002). GaAs rara vez se usa solo.
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Con su banda prohibida predeterminada a temperatura ambiente, GaAs tiene un ancho de línea de emisión a 873 nm. Esta es una longitud de onda de bombeo adecuada para EDFA (amplificadores ópticos). Para sintonizar ese valor en el rango visible, agregamos indio. Para empujarlo hacia 1.3 um adecuado para fibra óptica, agregamos algo de aluminio.
Los láseres de punto cuántico fueron un tema de investigación muy candente a principios de la década de 2000, y ahora varias compañías ofrecen láseres QD de umbral ultra bajo, que son sorprendentemente resistentes al daño por ionización y al daño térmico. Lo que les falta en potencia bruta, lo compensan en calidad y fiabilidad del haz. pequeños volúmenes, obleas de 6 a 8 pulgadas. Se puede vender un diodo láser de £ 30 RRP a £ 2000 cada uno, dependiendo de cuán exótica sea la solicitud (es decir, láser de cascada cuántica de IR medio).
Como el sistema de materiales AlInGaAs se ha estudiado ampliamente, la mayoría de las veces es “solo” un esfuerzo de ingeniería para llegar del punto A al punto B. Existen contactos casi óhmicos de alta calidad con baja resistencia en serie.
Podría mejorar: modelado preciso del espesor de deformación crítica, alineación precisa de banda prohibida, aislamiento de defectos / agrupamiento de indio en sistemas 0D fabricados utilizando técnicas planas para obtener una longitud de onda diseñada (o hacer un interruptor químico perfecto).
SiC y SiGe
El carburo de silicio fue el material donde se descubrió por primera vez la electroluminiscencia (aplica voltaje a través de un material y crea fotones).
Una historia de pantallas electroluminiscentes
Electroluminiscencia vista en 1907
SiC tiene una cantidad impresionante de alótropos, y el crecimiento epitaxial de calidad requiere una comprensión crítica de las condiciones de crecimiento requeridas para ello. Es un poco un arte negro. Una capa de SiC obviamente no tendrá las mismas tolerancias que una pastilla de frenado de SiC a granel …
Ambos sistemas fueron vistos por la industria VLSI como imposibles debido a a) Germanio que filtra el entramado de Si b) Carbono que actúa como un centro impureza / impurificador. Como suele ser el caso, con la generación de chips Core 2 Duo alrededor de 2004 ?, Intel demostró que todos estaban equivocados al hacer un transistor Si: Ge altamente tenso, algo sobre lo que la investigación en pequeña escala había estado funcionando durante los últimos 40 años.
El enfoque ahora se ha desplazado hacia la forma más loca posible de una nanoestructura, de modo que la puerta se asiente en una esfera (inserte una broma esférica de vaca). El radiador perfecto es una esfera:
http://doi.org/10.1038/nature10676, usado sin permiso
La creación de una puerta en forma de omega (d) es posible con la tecnología 2.5D. La creación de una puerta rodeada por un aislante completo probablemente requiera un acto de equilibrio fino de los efectos de túnel inter e intra banda, tal vez inventar alguna física nueva para acompañar.
Otra vista, despegada de All About Ivy Bridge, sin permiso.
InGaAs en InP
Otra plataforma de semiconductores madura, es la opción preferida para la fotónica de 1,55 um. Sería absolutamente épico para varias cosas si InP no fuera un sustrato tan frágil. InP tiene la notable ventaja de un recuento de portadores intrínsecos muy bajo, lo que significa que tiene una baja cifra de absorción de portadores en el rango de THz, por lo que, a diferencia de GaAs, se ha demostrado que es un emisor muy efectivo que utiliza transporte de plasmón de hasta 1.92 THz (2.5 THz teórico ) por lo que sé. http://iopscience.iop.org/articl…. Ese es uno de los dispositivos de semiconductores más rápidos.
Gran parte de la investigación en torno a InP consiste en replicar el éxito anterior de AlInGaAs en chips fotónicos GaAs (reduzca la escala de un banco de fotónica al tamaño de un paquete). El sistema InP admite fracciones moleculares de InGaAs dopadas degeneradamente ricas en indio, por lo que se le pueden hacer contactos muy efectivos.
HgCd (S) Te
Estamos avanzando lentamente hacia un territorio exótico, pero no del todo. Esta es nuevamente una tecnología madura utilizada para la tecnología de infrarrojo medio.
Cámara FLIR T1K de infrarrojos medios.
Básicamente, salvo algunos arreglos de nanoestructura únicos muy exóticos, todos los lectores de imágenes MIR en el mercado probablemente se basen en este par de materiales. No estoy terriblemente familiarizado con la investigación detrás de esto, pero he visto algunas conversaciones tratando de impulsar las células solares hechas de este material, ya que la porción visible del espectro solar es significativa, pero una fracción de la energía que una célula solar podría cosecha.
Antimonides (Sn)
Existen dispositivos antimoniuro, y si hay alguna indicación, es probable que aún sean más rápidos que InGaAs en InP. En todo caso, InSb sería el semiconductor compuesto casi ideal que tiene un intervalo de banda estrechamente útil, un alótropo FCC, una masa de electrones de baja efectividad similar a un metal y una increíble velocidad de los electrones. El problema con esto es que tanto el indio como el antimoniuro son átomos grandes y, por lo tanto, tienen una gran red constante.
Otro problema con los portadores de Sn es que, de nuevo, no son fácilmente compatibles con los sistemas de epitaxia en fase de vapor, ya que es un átomo tan pesado. La epitaxia del haz molecular puede hacerlos fácilmente, pero esto limita a) el tamaño de la oblea (presión de la cámara de 1e-12 torr, por lo que debe ser pequeña), b) el rendimiento (una vez que el sistema está apagado, necesita semanas para volver a su configuración de calibración ) Por lo tanto, es un material muy emocionante y frustrante al mismo tiempo. frágil.
Materiales 2D
Escribió sobre el grafeno con poca frecuencia, y aquellos que pueden haber leído las respuestas que aún no he eliminado saben que no estoy particularmente interesado en ello. ¿Cuándo el grafeno deja de ser grafeno y se convierte en grafito? – la respuesta parece ser más rápida de lo que uno podría pensar. El grafeno fue el primer “material maravilloso” en 2D que podía curar todo. El tamiz a base de grafeno convierte el agua de mar en agua potable – BBC News
El grafeno tiene una fuerza récord
Pinturas de grafeno: introducción y estado del mercado
Solo eso, si tiene incluso un defecto de un solo punto en su hoja, esas maravillosas propiedades podrían desaparecer:
http://www.physik.fu-berlin.de/e…
http://kotakoski.fi/articles/JK-ACSnano_5_26.pdf
Aún así, el óxido de grafeno podría proporcionar el tiro de salvación:
https://www.graphenea.com/pages/graphene-oxide
También hay stanene, el equivalente de grafeno, pero usando estaño en lugar de átomos de carbono. El estaño es un metal definido, pero en su forma 2D es un aislante. Si. Stanene – Wikipedia Ahora ve a crecer algunos bigotes (metalurgia):
Tome cualquier elemento en los grupos 11–15, póngalo en un estado 2D y seguramente tendrá algunas propiedades extrañas. La pregunta del billón de dólares es, ¿podemos explotarlos efectivamente?
Perovskitas
Bueno, es toda una clase de materiales que tienen una estructura particular, con aplicaciones que van desde superconductores a temperatura ambiente hasta baterías, detectores, etc.
Mi favorito que he usado es LiTaO3 (generalmente llamado litio equivalente), un cristal muy brillante adecuado para la detección de THz.
Puede tener propiedades ópticas extremadamente interesantes debido a su red ortorrómbica, lo que significa que la célula unitaria es paralellipipedica.
Es probable que se generen muchas investigaciones interesantes con estos materiales, algunos de los cuales pueden ser fundamentales. Quizás el prof. Vishik puede tener experiencia con estos.
