近日，麻省理工研究團隊宣布，當前設計一款實用性非常強的硅基LED，它將采用正偏方法，相較于其他的硅基LED亮度提升10倍。
本次研制的新款硅基LED采用了正偏方法，同時將LED中PN結的組合方式進行改變，成功將硅材料的光電能量轉換效率提高，進一步提升硅基LED的亮度，并降低了LED的制造成本。
對于硅材料來說，這是人類使用最廣泛的材料之一，主要使用在制造半導體器件和集成電路領域中。不過由于硅材質的特殊性，始終沒有涉及至光學領域中，所以硅基LED一直沒有實現。
發光二極管內的PN結包含一個P區和N區，這將決定二極管的發光效率。其中，N區內充滿受激的自由電子，P區則具備帶正電荷的空穴，吸引著P區的電子。隨著電子沖入空穴，電子能級驟降，便可以釋放出能量差。然而不同的半導體材料具備不同的電子和空穴的能量，因此所釋放出來的能量便具備一定的差異。
目前應用較為普遍的氮化鎵、砷化鎵等材料屬于直接帶隙材料，常用于LED中，它的導帶最小值和價帶最大值具有同一電子動量，導帶底的電子與價帶頂的空穴可以通過輻射復合而發光，復合幾率大，發光效率高。
而硅作為一種間接帶隙半導體材料，其導帶最小值和價帶最大值的動量值不同，它更傾向于將能量轉化為熱，而不是光，所以其轉換速度和效率都不如其他材料，麻省理工推出新款硅基LED 亮度提升十倍。
而在今年，荷蘭埃因霍芬理工大學ErikBakkers領導的研究團隊采用VLS生長納米硅線成功研制一種新型的硅鍺合金發光材料，成功改善上述問題，并且通過該材料研制出一款能夠集成到現有芯片中的硅基激光器。該款激光器的研制成功，可能會在未來大幅降低數據傳輸的成本，并提高效率。
而本次麻省理工團隊進一步提升了硅材質的使用概率，提出了一種N區和P區的新型連接方法，將N區和P區從傳統的并列排放改為垂直疊放，讓二極管內的電子及空穴遠離表面和邊緣區域，防止電子將電能轉換為熱量，從而提高發光效率。
美國國家標準與技術研究院對該款新型硅基LED作出了評價：“如果你需要低效率、高能耗的光學器件，那么這款新型硅基LED很適合你。這款LED相較于市場現有產品，制造成本要低很多，更何況現有LED產品尚未集成到芯片上。”
麻省理工研究團隊的研究人員拉杰夫·拉姆表示，硅基LED的特性非常符合近程傳感的需求，并透露團隊將針對智能手機平臺研發一個用于近距離測距的全硅基LED系統。
據悉，本次推出的新款硅基LED在IEEE國際電子器件大會上進行展示，并且將在近程傳感方面有更加廣泛的應用場景。同時，麻省理工研究團隊還準備將此款新款硅基LED集成至CMOS芯片之中，并交于格羅方德在新加坡進行生產。 |
