Lesz-e szilíciumon világító dióda?

Horváth Zsolt József

Óbudai Egyetem,Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar,

Mikroelektronikai és Technológiai Intézet

MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet

A kérdés

„Lesz-e szilíciumon világító dióda?”

Nem egyértelmű:- Lesz-e szilíciumból készült világító dióda?- Lesz-e szilícium hordozón készült világító dióda?

Széleskörű kutatások folynak mindkét területen.

Si indirekt sávú félvezető, alkalmatlan LED létrehozására.

MIÉRT kutatják?

Motiváció

1., CMOS logikai IC-k disszipációja

A frekvencia nem növelhető tovább a disszipáció miatt: P ~ f, CL.A blokkokat összekötő vonalak nagy kapacitásúak és sok helyetfoglalnak.Optikai csatolás a blokkok között: CMOS áramkörökbe integrálható LED-ek és detektorok – technológiai kompatibilitás.

Motiváció

2., System-On-Chip – különböző funkciók integrációja egyetlen csipen.

Szükség van :- optikai adatátvitelre,- optikai csatolókra,- hullámvezetőkre,- optikai és mechanikai érzékelőkre.

Kutatási irányok

Si-alapú LED-ek- pórusos szilícium – 90-es években- Si nanokristályok szigetelőkben - lavina pn és pnp diódák- MIS diódák

Nem Si alapú LED-ek Si hordozón

Eredmények

Si LED-ek

Si nanokristályos szerkezetek Si nanokristályok SiO2-ben

J. De la Torre et al., Physica E 17 (2003) 604

Si nanokristályok SiNx-ben

Cho et al. Appl. Phys. Lett. 86 (2005) 071909

Mechanizmus

Si nanokristály - indirekt.Electrolumineszcencia szobahőmérsékleten.Magyarázat: lumineszcens centrumok a NK/szigetelő határfelületen.

Gerjesztés: - elektron és lyuk injekció alagutazással vagy a hibahelyeken keresztül- lumineszcens centrumok gerjesztése forró elektronokkal.

Ritka földfém adalékolás hatása

Irrera et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 216 (2004) 222

Adalékolatlan Erbium Túlium

Nanokristály növesztés

Ionsugaras szintézisSzilíciumban gazdag szigetelőréteg leválasztása és hőkezelése.Rétegenkénti leválasztás és hőkezelés (1100 Co).

CVD – nem kell utólagos hőkezelés.

Ionsugaras szintézis SiO2-ben

P. Normand et al. , Nuclear Instruments and Methods in PhysicsResearch B 216 (2004) 228

CVD SiO2-ben és Si3N4-ben

Y.-H. Wu et al., Electrochem. Solid-State Lett., 11 (2008) H131.

P. Basa, et. al., Physica E, 38, (2007) 71.

L. W. Snyman, et al., IEEE J. QUANTUM ELECTRONICS, 46, (2010 ) 906.

Eredmények

Si LED-ek

pnp lavina dióda

pnp lavina dióda L. W. Snyman, et al., IEEE J. QUANTUM ELECTRONICS, 46, (2010 ) 906.

S. Kuai, A. Meldrum,/ Physica E 41 (2009) 916. dox=1-2 nm

Eredmények

Si LED-ek

MIS dióda

MIS dióda

Mechanizmus:

Nyitó irány: az injektáltelektron rekombinácója.Záró irány: lavina letörés.

S. Kuai, A. Meldrum,Physica E 41 (2009) 916

Katsuhiro Tomioka et al., Nano Lett., 10, (2010), 1639.

Eredmények

Nem Si alapú LED-ek Si hordozón

GaAs/AlGaAs nanoszálas LED

Katsuhiro Tomioka et al., Nano Lett., 10, (2010), 1639.

GaAs/AlGaAs nanoszálas LED

Eredmények

Nem Si alapú LED-ek Si hordozón

ZnO nanoszálas LED

Y. He et al., J. Nanopart. Res. (2010) 12, 169.

Eredmények

Nem Si alapú LED-ek Si hordozón

Ballisztikus LED

B. Gelloz et al., Jpn. J. Appl. Phys.,47, (2008) 2902.

Válasz a kérdésre

„Lesz-e szilíciumon világító dióda?”

Valószínűleg lesz a System-On-Chip keretében.

Világításra nem fogják használni.

Köszönöm a figyelmet!