上海微系統所等在硅納米線陣列寬光譜發光研究獲進展

　　近期，中國科學院上海微系統與信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室SOI材料與器件課題組在硅納米線陣列寬光譜發光方面取得新進展。課題組研究人員將SOI與表面等離子體技術相結合，研究了硅納米線陣列的發光性能，并且與復旦大學合作借助時域有限差分法(FDTD)理論計算了硅納米線發光峰位與納米腔共振模式的對應關系，為實現硅基光電集成奠定了實驗與理論基礎，有助于推動硅基光源的大規模應用。相關研究成果以Multiband Hot Photoluminescence from Nanocavity-EmbeddedSilicon Nanowire Arrays with Tunable Wavelength 為題于近期發表在《納米快報》（Nano Lett., 2017, 17 (3), pp1552-1558）上。

　　Si作為微電子工業領域最重要的基石，在集成電路發展中起到了至關重要的作用。但是隨著器件尺寸越來越小，過高的互連和集成度帶來了信號延遲和器件過熱的問題，給以大規模集成電路為代表的微電子工業的持續發展帶來了很大的挑戰，而硅基光電子集成則是解決這一難題的理想途徑。然而將兩種截然不同的技術（電子學與光子學）集成在同一片硅片上，最大的挑戰是光源的問題。對于發光器件，目前大量的研究集中在GaAs，InGaAs等直接帶隙半導體。但是目前為止實現III-V族等直接帶隙半導體材料與硅基集成還存在巨大的阻礙。然而，硅由于其間接帶隙結構使得其發光效率極低，無法實現光的有效發射。SOI課題組母志強、狄增峰、王曦等研究人員將SOI技術與表面等離子激元技術相結合，通過將硅納米線加工成類梯形結構，實現了類梯形結構納米共振腔增強的硅納米線陣列的發光增強。通過對比實驗與FDTD計算結果，發現了納米線陣列的發光峰位與納米腔共振模式的一一對應關系。并且通過制備尺寸漸變的硅納米線陣列，實現了硅納米線陣列發光峰位在可見以及近紅外區域的連續可調。這不僅為硅基光源開辟了一條新的途徑，而且將有力推動硅基光電集成的發展。

　　該工作得到國家自然科學基金委創新研究群體、優秀青年基金、中科院高遷移率材料創新研究團隊等相關研究計劃的支持。