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氧化锌可转化为稳定p型材料

来源:科技日报时间:2013-04-25

  科技日报讯(记者刘霞)据物理学家组织网4月24日(北京时间)报道,美国研究人员首次通过引入缺陷复合物,使用氧化锌成功制造出稳定的p型材料。新研究使氧化锌可被广泛用来制造性能优异的紫外激光器、用于传感器和饮用水处理中的发光二极管(LED)设备以及新的铁磁设备等,破解了困扰材料学界的一个长久的难题。

  为制造出激光器和LED设备,科学家们既需要n型材料,又需要p型材料。n型材料中包含有丰富的自由电子,p型材料则拥有能吸引这些自由电子的空穴。但是与自由电子相比,p型材料内空穴的能级更低,这就意味着,在自由电子从n型材料行进到p型材料的过程中,会释放出过量的能量。过量能量在所谓“p-n结”上释放出来就产生了激光器和LED设备内的光。

  研究人员一直对用氧化锌来制造这些设备感兴趣,不仅因为氧化锌可以产生紫外线,而且与其他紫外发射设备相比,用氧化锌制造的设备内瑕疵更少,性能更强。然而,科学家们一直不能使用氧化锌制造出稳定的p型材料。

  现在,北卡罗莱纳州立大学的研究人员通过采用一套独特的生长和退火程序,朝氧化锌内引入了一种特殊的“缺陷复合物”,从而解决了这个问题。这种缺陷复合物与普通的氧化锌分子不同,锌原子慢慢丢失,与一个氢原子依附在一起的氮原子取代了氧原子。这些缺陷复合物分散于整个氧化锌中,也作为吸收p型材料中自由电子的“空穴”。

  该研究的主要作者、北卡罗莱纳州立大学的朱迪思·雷诺兹指出:“最新研究向我们展示了如何用氧化锌来制造p型材料;而且,缺陷复合物也使氧化性p-n结能很好地工作,并在室温下产生紫外线。最新研究为一系列新的紫外激光器和LED技术打开了大门。”

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  人们早就知道氧化锌具有优异的性能,氧化锌基LED的亮度约为当前主流的氮化镓基LED的10倍,而价格和能耗则仅为1/10,它还有成本低、易刻蚀、加工方便等优点,发展潜力巨大,商业利益丰厚。因此,如何实现高浓度稳定的p型导电氧化锌成为一大国际性难题。此项研究,犹如爱迪生在对数千种材料的实验中找到钨丝并最终让性能稳定的电灯走进千家万户一样重大,这种更便宜、更节能环保的LED定能大规模应用,取代现有设备来照亮我们的生活。

  《科技日报》 2013-03-25 (一版)