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來源：雷鋒網(wǎng) 眾所周知，半導體材料能夠在一定的電氣條件下實現(xiàn)導通和絕緣狀態(tài)的靈活轉換。憑借這項獨有的“技能”，以半導體二極管為基礎單元的大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路在近代成為了推動人類文明不斷向前發(fā)展的源動力。 然而事無絕對，半導體材料在具備諸多優(yōu)點的同時，也有一些缺陷。其中最關鍵的一點就是：由于半導體與生俱來的絕緣屬性，在其內(nèi)部存在的“能帶隙”（Band Gap ）本身會在一定程度上阻礙電子的定向運動。同時，電子在運動時無法避免的會與材料中的原子發(fā)生碰撞，這也會損失相當一部分的導電性。 基于這一點，近日來自美國加州大學的科學家們從 1906 年發(fā)明的真空二極管中汲取靈感，發(fā)明了一種讓電子在真空/空氣中定向運動的技術，未來或?qū)Π雽w行業(yè)產(chǎn)生顛覆性的影響。 要實現(xiàn)電子在真空/空氣中的自由運動，首先就要把電子從原材料中釋放出來。傳統(tǒng)情況下，要將電子從材料中釋放出來，需要施加至少 100V 以上的高壓電，或者在攝氏 500 度以上高溫條件下利用化學反應催化，將電子強行從材料中“拽”出來，不但過程難以控制，而且費時費力。 美國加州大學的科學家們另辟蹊徑，利用金屬納米管材料（這里使用的是黃金）制成了一種諧振表面，這種材料的微結構如下圖所示。 每一個形似小蘑菇的微單元都由三層材料組成，最下層的是硅基板，第二層是二氧化硅隔離層，再往上是金屬納米管。之所以特意排列成這種特殊的形狀（蘑菇型，還一排一排的），目的就是避免大功率的消耗或者高溫高壓，只需要在 10V 以下的低壓直流條件下，向諧振表面照射一定頻率的低功率紅外激光，就能觸發(fā)金屬諧振，輕易地將電子釋放出來。 待電子被釋放到真空/空氣中之后，在圖中 Flat port 和 Suspended port 極板之間施以大小不同的電壓（或者利用磁場的電磁感應原理），就能操控電子在真空/空氣中產(chǎn)生定向移動。 測試結果表明，這種結構使得電路中的導電率提升了 10 倍，加州大學的科學家表示：“這足以實現(xiàn)開關狀態(tài)，即作為光學電閘替代一部分傳統(tǒng)的半導體二極管�！� 當然，目前這一研究尚處初級階段，距離真正的實用化和商業(yè)化還為時尚早。但這種利用諧振來激發(fā)電子，并控制其在真空/空氣中運動來減小阻力的方式，無疑為半導體行業(yè)未來的發(fā)展提供了一個非常具有價值的研究方向。 |
