石墨烯发光技术:发现石墨烯发光是个新的突破,另外可在石墨烯衬底上生长第三代半导体。
石墨烯发光灯泡:哥伦比亚大学和首尔大学等单位合作研究,将石墨烯微细丝附加在金属电极上,两边为SiO2,悬挂在硅衬底的方式。通电流加热至超过2500℃,从而发明亮的光,石墨烯的温度不会传给衬底。利用发光长细丝与硅基板的反弹干涉,可调整所发射的光谱,号称是世界上最薄灯泡,并可应用于光通信。该技术如产业化将是照明领域的颠覆性创新。
石墨烯LED:清华大学近期发布采用二种石墨烯,即氧化石墨烯(GO)和还原石墨烯(rGO)混合组成LED,随着外加电压的变化,可改变发光波长,这二种界面存在一系列离散的能级,可在发光、传感器、柔性显示上应用。
SiC+石墨烯+GaN薄膜:在SiC圆片上将硅汽化,并将留下的石墨烯薄膜稳妥地转移至硅基板上,在此石墨烯衬底上采用直接凡德瓦外延法,生长高质量单晶GaN薄膜,将大幅度降低半导体组件成本。IBM近期宣称,已掌握这些技术,将在5年内投资30亿美元,发展在石墨烯衬底上生长高频晶体管、光探测器、生物传感器以及“后Si时代”组件,首先大幅度降低GaN蓝光成本。
玻璃基板+石墨烯+溅射GaN:东京大学藤网洋研究团队发表在玻璃基板上转印石墨烯多层膜,并在膜上用脉冲溅射法(PSD)形成GaN(AlN+n-GaN+GaN与InGaN多层结构多量子阱MQWs+P-GaN)。其优点:生长GaN品质大幅度提升,可制作RGB三原色组合LED,大幅度降低成本。还可制作GaN构成的高迁移晶体管(HEMT),该技术路线如果获得产业化,将是颠覆性的创新。
Si+石墨烯+分子束外延GaN:西班牙Graphenea公司宣布,与日本立命馆大学、麻省理工大学、首尔大学、韩国东国大学合作用普通化学气相沉积法(CVD)在铜箔上形成石墨烯,直接转印在硅基板上,然后在石墨烯上采用射频等离子辅助分子束外延法(RF-MBE)生长GaN晶体,具有六角形对称性是沿C轴向生长,是从Si(100)面上生长的GaN晶体,实现了最高品质。
上述三种石墨烯衬底上生长高质量GaN技术,均不采用MOCVD设备,生长效率高、成本低、质量高,除了应用于发光、激光之外,均可发展第三代宽禁带半导体,这将是颠覆性的创新技术。
纳米发光技术
纳米发光的结构形式是多样的,这里介绍几种典型的纳米发光结构形态。
纳米线型LED:波尔研究所研究纳米线型LED,其纳米线的核是GaN材料,长度约2微米,直径约10~500纳米,外围材料是InGaN。二极管中的光是由两种材料间的机械张力决定的,这种纳米线是可以使用更少的能量提供更高的亮度,更节能,可用于手机、电视以及很多形式的灯光,号称将改变未来照明世界。
超薄非结晶电介质膜发光材料:美国德州农机大学开发一种发光芯片,采用在硅晶圆上进行室温溅射沉积方法制成电介质膜,其中有纳米晶层,可提升发光密度,在工艺中可与硅IC兼容,工艺简单,是新的纳米发光材料。
3D打印“光纸”:美国德州Rohinni公司利用3D打印光纸(Light paper),将油墨与微型LED混合印在半导体层上,并夹在另外两层材料之间,微型LED只有红血球大小,当电子通过微型LED时点亮光纸,号称世界最薄LED灯。
最薄LED:华盛顿大学研究人员宣布,已开发全球最薄LED,厚度相当于3个原子,这种可折叠的LED,未来用于便携式、可灵活穿戴的设备。
超高速LED:美国杜克大学研究通过金属纳米立方体和黄金膜之间添加荧光分子,实现高速LED,制造75个银纳米立方体,并困住其内的光,增加光的强度,通过“珀塞尔效应”强化加快,荧光分子发射光子速度是传统LED的1000倍,还可作为量子密码系统的单光子源,支持安全光通信。
接近太阳光的LED:意大利InSubria大学采用纳米颗粒面板对白光LED光源进行散射,得到与太阳光接近的灯光,利用雷利散射原理,使白光LED阵列扩散成“蓝天”效果,或微黄色斑点模拟太阳光,已有产品,效果好,可极大提升光色品质。
超清可弯曲显示屏技术:采用纳米技术制作相变材料PCM,可处二种状态所谓GST,晶体态和玻璃态,这种GST在电流脉冲下,晶体玻璃态循环可超过100万次/秒。三层材料结构:即导电玻璃+GST+导电玻璃,每层都仅有几个纳米厚,该技术可能生产出超薄、超高速、低能耗、高清、可折叠的彩色显示屏。
其他发光材料
发白光的激光器:美国亚利桑那大学研制一种可发R、G、B的激光器,混合成为白光,也可用于光通信,比普通LED快10~100倍。