من المعروف استخدام بلورات السيليكون ذات النظام البلوري المكعب قد هيمن على الصناعات الإلكترونية لاكثر من نصف قرن. لكن، بلورات السيلسكون (Si) المكعبة، والجرمانيوم (Ge)، و سبائك والـ(SiGe) جميعها اشباه موصلات فجوة الحزمة غير المباشرة. ما يجعلها مصدرا غير كفؤ للفوتونات (الضوء).

الهدف:

كان الهدف¹ المتمثل في تحقيق انبعاث ضوئي فعال من مواد المجموعة الرابعة في تكنولوجيا السيليكون بعيد المنال منذ عقود^2,3,4,5,6. في هذا البحث سنعرض ما يمكن من توليد الفوتونات بكفاءة من اشباه موصلات فجوة الحزمة المباشرة الجرمانيوم (Ge) و سبائك الـ(SiGe) ذات البلورات السداسية.

محتوى البحث:

نحن نقيس عمر إعادة التركيب الإشعاعي غير الحساس لدرجة الحرارة والذي يبلغ أقل من نانوثانية. ونلاحظ انبعاث ضوء مشابه لانبعاث أشباه الموصلات من المجموعة الثالثة إلى الخامسة ذات فجوة الحزمة المباشرة. علاوة على ذلك ، نوضح أنه من خلال التحكم في تكوين سبيكة SiGe سداسية الشكل ، يمكن ضبط الطول الموجي للانبعاث باستمرار على نطاق واسع ، مع الحفاظ على فجوة الحزمة المباشرة. نتائجنا التجريبية في اتفاق كمي ممتاز مع نظرية ab initio.

النتيجة:

تجسد الـ(SiGe) ذات البلورات السداسية نظامًا مثاليًا للمواد يتم فيه الجمع بين الوظائف الإلكترونية والإلكترونية الضوئية على شريحة واحدة ، مما يفتح الطريق نحو مفاهيم الأجهزة المتكاملة وتقنيات معالجة المعلومات.

اشارات:

1  Iyer, S. S. & Xie, Y. H. Light emission from silicon. Science 260, 40–46 (1993).

2  Miller, D. A. B. Silicon integrated circuits shine. Nature 384, 307–308 (1996).

3  Ball, P. Let there be light. Nature 409, 974–976 (2001).

4  Canham, L. Gaining light from silicon. Nature 408, 411–412 (2000).

5  Green, M. A., Zhao, J., Wang, A., Reece, P. J. & Gal, M. Efficient silicon light-emitting diodes. Nature 412, 805–808 (2001).

6  Vivien, L. Silicon chips lighten up. Nature 528, 483–484 (2015).