納米光電子器件最新進展及發展趨勢

白天為 龔文曄

摘 ?要：納米光電子技術是一門新興科技，近年來隨著其發展及研究受到越來越多學者和專家的關注，該技術的應用更是成為現代人們關注的熱點。文章主要針對納米光電子器件展開分析，并對其未來發展方向進行了闡述。

關鍵詞：納米光電子器件;發展進展;發展趨勢

隨著信息產業的不斷發展，該行業對于集成電路器件的性能要求越來越嚴格，這使得工程師們不斷探索現有電路器件集成度極限的方法。隨著亞微米、深亞微米以及微電子機械系統（MEMS）的不斷發展，納米電子學以及納米光電子學隨之發展起來，并且納米量子器件作為其產物繼承了此類技術的優勢。納米量子器件能夠根據其特征分為納米電子器件以及納米電子光器件。納米電子器件由共振隧穿器件、量子點器件以及單電子器件等部件組成;而納米光電子器件主要是由基于應變自組裝的納米激光器、量子點紅外光電探測器等部件組成。

1 納米光電子器件的進展

在現階段中已經研制出并在實際生產中能夠使用的納米光電子器件有：納米激光器、量子點紅外光電探測器、InGaAs/GaAs多量子限自電光效應器件、垂直腔面發射激光器、聚光物發光二極管等器件。

1.1 納米導線激光器

納米導線激光器能夠發射出世界最小的激光，其直徑小于人體毛發的千分之一。該激光器除了能夠發射紫外激光，還能夠發射藍色-深紫外的激光。研究人員發現，在純氧化鋅晶體中運用取向附生技術能夠制造出此類激光器。納米導線激光器在制造過程中首先需要制造納米導線，也就是在純氧化鋅的表層上制造一條直徑為20nm～150nm且長度為10000nm的導線，其次，當研究人員在溫室中使用一種激光照射在純氧化鋅表層上的導線中時，純氧化鋅晶體被激活，其會發射一種波長僅為17nm的激光。納米導線激光器能夠被應用于鑒別化學物質等工作中，并且能夠促使磁盤的存儲空間增長。

1.2 紫外納米激光器

紫外納米激光器能夠發射直徑小于0.3nm，波長為385nm的激光，并且該激光器件具有制作簡單、亮度高、體積小、性能好的優勢，能夠在高密度納米線陣列的制作中起到較好的效果，因此，紫外納米激光器被應用于現代許的GaAs器件無法設計的領域。該激光器主要是應用了催化外延晶體生長的氣相輸運法合成的原理：（1）將藍寶石底部貼上一層1nm～3.5nm厚的金膜;（2）將貼膜后的藍寶石放置在氧化鋁上，并將底部與材料放置氨氣中加熱至880℃～905℃，就能夠生產Zn蒸汽;（3）將Zn蒸汽與藍寶石底部相連，于2～10min中藍寶石底部會生成截面積為六邊形2～10um的納米線。相關文獻表示，ZnO納米線能夠生成天然的激光腔，其能夠發射直徑為20nm～150nm的激光，并且大部分激光的直徑在70nm～100nm左右。ZnO納米線在發生光譜期間，其激光的功率會隨著泵浦功率的增大而增大，當泵浦功率超過ZnO納米線的最大閥值時，放射激光會達到峰值[1]。這種現象使得研究人員發現了：當ZnO納米線受激發射激光時，能夠將其作為一種天然的諧振腔，并且通過調整能夠成為比較理想的微型激光光源。該激光器能夠在光計算、信息儲存以及納米分析儀等方面起到較好的應用效果。

1.3 量子阱激光器

自從半導體片的線路寬度由蝕刻影響，其寬度能夠降到100nm以下，并且僅有少數電子能夠在電路移動，電路移動電子數量的變化都會為電路造成嚴重的影響，為了有效降低這種影響，量子阱激光器就孕育而生了。在量子力學的理論中，量子阱是指將能夠約束電子運動并使其量子化的勢場。量子阱激光器就是運用該原理將量子約束于半導體激光器的有源層中，并使其量子化，從而產生量子能級，也就促使能級之間的電子運動能夠被約束和限制。現階段所研發出的量子阱激光器有兩種不同的類型，一種是量子線激光器，另一種是量子點激光器。

量子線激光器能夠通過提高音頻、視頻、Internet以及其他使用光纖網絡通訊技術的信息傳達速度，其能夠使計算器的反應速度以及通信設備的信息傳遞速度更加迅速。量子點激光器能夠控制小電子群的運動，使其不產生量子效應，但是由于其具有一定的難度，導致現階段的量子點激光器的研究受到了一定的影響，其影響因素來自許多方面，其中包括溫度、技術等方面的影響。

1.4 微腔激光器

微腔激光器是現代半導體研究領域中比較熱門的一種激光器件，其主要是應用了現代超精細加工技術以及超薄材料加工技術，能夠提高計算機磁盤的集成度并且能夠降低磁盤運轉時的噪音，并且其在降低磁盤功率方面的特征最為顯著，有文獻指出，50萬個激光器同時運轉時產生的功率僅有2.5W。微腔激光器中應用比較廣泛的是微碟激光器，其如名字一般，是一種形狀如碟形的激光器件[2]，其內部使用的蝕刻工藝使得其直徑非常小，并且厚度較薄，圓碟周圍無任何部件，并且僅由一個微小底部進行支撐。半導體與空氣的折射率存在較大的差異，因此，微碟內部產生的光會發生折射現象，直到折射廣播累積了一定量的能量后即可沿著其邊緣進行折射，該激光器的效率較高，并且耗能低，在運作時僅需耗費100uA的電路。

2 納米光電子器件的發展趨勢

微電子器件是現代計算機技術以及信息技術的重要組成部分，其發展產物為納米電子器件。光電子器件是組成現代通訊技術、計算機技術以及集成像顯示的重要部件，其進步產物為納米光電子器件、納米光電集成電路等器件。納米量級的集成器件突破了傳統電子量學的限制，電子的運動以及量子效應，在此部件中得到了充分的應用，傳統的微電子技術已經不適應現代社會發展的需求[3]，為了適應現代社會的發展，業界和學者已經將發展方向瞄準了納米電子器件以及納米光電子器件的研究與應用中，因此，其擁有廣闊的發展前景。

納米光電子器件的發展方向主要有兩方面：以Si和GaAs為主的固體電子器件的尺寸越來越小;而有機高分子和生物學材料組成器件的尺寸愈來愈大，其能夠促進現代新型納米器件的不斷發展。

3 結束語

納米電子器件以及納米光電子器件是現代信息技術以及納米技術發展的產物，其制造水平以及應用趨勢更是我國社會進入現代化的重要標志，現代納米技術發展要立足于我國的國情，堅持實事求是的原則，不斷研究、創新和開發納米電子技術以及納米光電子技術。

參考文獻

[1]王戰，劉慶綱，匡登峰，等.用于納米光電子器件加工的納米金屬膜的制作[J].儀器儀表學報，2013，24（11）：563-565.

[2]李琳，于鳳梅.納米光電子器件在照明、顯示技術中的發展和應用[J].廣東技術師范學院學報，2013，15（10）：94-98.

[3]程開富.納米光電子器件的最新進展及發展趨勢[J].電子與封裝，2015，5（9）：1-3.