Взгляд в биомедицину Открытый доступ

Абстрактный

Нанопровода как инновационные строительные блоки для оптоэлектроники

С. Фило Амбоина

Электроника управляет миром с момента изобретения первого транзистора в 1925 году. Куда бы мы ни посмотрели вокруг, мы видим работающие на электричестве устройства на основе кремния. Кремний просто великолепен: он дешев, прост в работе, широко распространен и хорошо известен. Для базовой электроники он работает просто отлично, и пытаться найти что-то лучше кремния — это то же самое, что пытаться улучшить порох. Однако у кремния есть свои ограничения, и в настоящее время они уже преодолены: последние тенденции указывают на все меньшие и меньшие устройства с яркими цветами. Первое в основном рассматривается в нанотехнологиях: когда размеры объекта имеют тот же порядок величины, что и длина свободного пробега электронов, мы достигаем эффекта, известного как квантовое ограничение, из-за которого энергия электронов увеличивается, а свойства материалов соответственно изменяются. Второе хорошо известно в оптоэлектронике. Кремний является непрямозонным полупроводником, что в основном означает, что его взаимодействие со светом затруднено, и делает его не лучшим кандидатом для оптически активных устройств. В мире нанотехнологий существуют объекты, которые призваны помочь в обоих этих моментах: они называются нанопроводами и представляют собой очень тонкие, но произвольно длинные кристаллы из разных материалов, таких как полупроводники III-V или II-VI. Такие кристаллы могут быть получены спонтанно при правильных условиях давления, температуры и доступных атомов в том, что обычно называется «ростом пар-жидкость-твердое тело». В таких процессах монокристалл используется в качестве подложки, на которой жидкие капли каталитического материала управляют «ростом» кристалла с использованием атомов, поступающих из паровой фазы. Размер жидкой капли определяет диаметр нанокристаллов, а время роста влияет на их длину. Такие кристаллы затем могут быть «окружены» слоем другого материала в стиле ядро-оболочка, изменяя состав атомов в паровой фазе. Полученный таким образом нано-хот-дог может быть использован в качестве солнечного активного элемента, поскольку при воздействии солнечного света образуются пары электрон-дырка, носители заряда разделяются между ядром и материалом оболочки, фактически создавая разность потенциалов. И вуаля, мы получили высокоэффективный солнечный элемент: нам нужно только соединить два слоя по отдельности, замкнуть электрическую цепь, защитить их непоглощающим дополнительным слоем, чтобы предотвратить повреждение нашего устройства атмосферными агентами.