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    科學家找到了無毒的紅外半導體材料

    2021/03/24

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      半導體材料是一類具有半導體性能(導電能力介于導體與絕緣體之間,電阻率約在1mΩ·cm~1GΩ·cm范圍內)、可用來制作半導體器件和集成電路的電子材料,較為重要。
      但是,許多現有的紅外半導體都含有有毒的化學元素,比如鎘和碲。在一項新研究中,科學家發現,化合物Ca3SiO是一種直接帶隙半導體,這種化合物由鈣、硅和氧組成,生產成本低,無毒,有潛力用于紅外LED和紅外探測器元件。
      據悉,紅外電磁波有許多用途,比如光纖通信、光伏發電和夜視設備。但是,能夠發射紅外輻射的半導體(即直接過渡半導體,如碲化汞鎘和砷化鎵),都含有有毒化合物。不含有毒化學元素的紅外半導體通常不能發射紅外輻射(即間接帶隙半導體)。
      傳統上,材料的半導體性質(如能帶隙)是通過結合位于IV族元素左右兩側的2種化學元素(如III和V或II和VI)來控制的。在這種傳統策略中,通過使用較重的元素,能帶隙變得更窄:這這一思路帶來了有毒直接過渡半導體的發展,如碲化汞鎘和砷化鎵。
      為了發現不含有毒元素的紅外半導體,這個研究小組采取了一種非傳統的方法:他們專注于硅原子作為四價陰離子而不是正常的四價陽離子狀態的晶體結構。
      該小組選擇了具有反鈣鈦礦晶體結構的氧硅化物(例如Ca3SiO)和氧鍺化物,合成了它們,評估了它們的物理性能并進行了理論計算。
      結果顯示,這些化合物有作為直接躍遷半導體的巨大潛力。這些具有小的直接帶隙的化合物可能在吸收、探測和發射長的紅外波長方面有效,甚至當它們被加工成薄膜時,使它們成為非常有希望的近紅外半導體材料,用于紅外源和探測器。


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