據最新一期《自然·通信》雜志報道,美國工程師制作出首個無需半導體的光控微電子器件。該微型器件使用了一種新的超導材料,在施加低電壓和低功率激光激活時,電導率可增加10倍。這項發現為研制速度更快、功率更強的無半導體微電子設備及更高效的太陽能板鋪平了道路。

現有晶體管等微電子器件性能會受限于材料組成。半導體具有帶隙,意味著其需要外部能量的推動才能使電子流動起來。而電子的速度是有限的,因為電子在流經半導體時,會不斷與原子碰撞,所以半導體會限制器件的電導率或電流。

將電子從材料中釋放出來是極具挑戰性的工作,需要施加100伏以上的高壓、高能激光,或是540℃以上的超高溫,這無法應用于微型和納米級電子器件。

加州大學圣地亞哥分校電子工程系教授丹·賽文皮珀領導的研究團隊,找到了一種破除電導障礙的新方法并在微觀尺度進行了驗證。他們制作出的微型器件不需要上述極端條件就能從材料中釋放出電子。該器件包含一個工程化“超表面”,這個超表面由蘑菇狀金納米結構組成,位于平行的金條帶陣列之上。

這種設計使超表面在施加10伏以下的低電壓和低能紅外光時,會生成具有高強度電場的“熱點”,從而提供足夠的能量將電子從金屬中拉出并釋放出去。實驗表明,器件的電導率有10倍以上的增加。

研究人員表示,這雖然不能完全取代所有的半導體器件,但對某些甚高頻率或功率的器件來說,不啻為最佳方式。目前,研究團隊正在探求該技術除電子學以外的其他應用,從而為制作出新型光伏器件提供可能。來源：科技日報