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将硅用作发光材料的一种可行方法

2000/11/28

硅是微电子线路中用得最多的半导体，但却一直被认为不适合用作光电子材料，因为其本身作为发光材料的发光效率较低。为了将硅用作高效发光材料，人们尝试了各种不同的方法。本期《自然》报导了一项重要进展：在硅纳米晶体中实现受激光发射和光放大。这一成果代表着制造硅激光器的一种可行途径，有望为光电子技术带来变革。

硅是最常用、成本最低的半导体材料，但由于它的发光性能差，迄今人们还未能用它制造出激光器。目前光电子领域使用的激光器是由砷化镓或磷化铟等材料制作的，不仅成本高，而且难以集成到硅芯片中。如果能直接用硅制造激光器，就有可能生产出速度更快的新型光电子运算装置或通信设备。

人们已经发现，硅的发光性能与其颗粒尺寸有关，当尺寸小到几纳米时，在量子效应的作用下，其发光能力会增强。意大利特伦托大学的洛伦佐·帕维西等科学家在新一期英国《自然》杂志上报告说，他们在实验中首先使用高能离子轰击二氧化硅，获得尺寸仅３纳米（一纳米为１０亿分之一米）、排列紧密和高纯度的硅微粒。然后他们用普通的紫外激光照射这些微粒，使其发出红光和红外线。科学家们再用一束波长与微粒发出的光波长相同的激光穿过硅材料，结果发现这束激光的亮度增加了。这表明，硅微粒确实产生了具有受激辐射特征的现象。

科学家们说，虽然实验中硅微粒产生的辐射强度还不足以使发出的光成为能量高度集中的激光，但在此基础上研制硅激光器是可能的。