仅三个原子厚的LED,开启未來透明显示器的新可能

2015年,加州大学柏克莱分校(UC Berkeley)电机工程及计算机科学学院的Ali Javey教授,于科学期刊(Science)发表了一篇论文,揭示了利用单层半导体(monolayer semiconductor)制成超薄LEDs的可能性。但当时的技术,若将单层半导体的尺寸扩大,其厚度也会同时增加,真正应用有限。

而日前,其团队表示已成功制成能扩展长与宽同时而不影响厚度,且仅有三个原子厚的LEDs 。新的研究结果已发表于《自然通讯》期刊( Nature Communications )上。

LEDs

当对LEDs施加电压时,电子会达到激发态(excited state),然后当其在接触点与电洞相遇时,会衰变回到基态(ground state),同时将能量以光的形式释放出来。这便是LEDs的运作方式。因此,在提升LEDs发光效率上最困难的问题在于,如何让自由电子与电洞更有效率的接触。尤其是当半导体的尺寸仅有单层厚时,其中可以运用的材料并不多,使得难度更加提高。

单层半导体

而研究人员以过渡金属二硫属化物(Transition-metal dichalcogenides ,简称TMDCs)制成单层半导体,此种材料具有类似于石墨烯的半导体特性,被认为是下一代的重要光电材料。然后于半导体的上下放置闸极(Gate)及源极(Source)制成LEDs ,当交流电在闸极与源极间接通时,自由电子与电洞会同时出现于在中间的单层半导体,进而使其将能量以光释放出来。


♦  此LEDs的构型。(图:Ali Javey )

未来发展

目前此LEDs仍有许多地方需要持续改进,尤其其能源效率目前仅有1%,远不及市售的的25~30%。但如同其研究团队中的博士后研究员Der-Hsien Lien  所说:“此材料相当的薄且具有弹性,因此可以制成透明且应用于弯曲表面上”。目前透明显示器已成为科技界的新目标,此研究结果将会有相当大的影响。

此外,目前已有研究透过化学气相沉积法(chemical vapor deposition)大量制成高质量的TMDCs,因此有望借由其特性解决目前集成电路面临的物理极限问题。



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