美国利用纳米碳管成功研制出超亮LED

美国IBM与杜克大学的研究人员最近成功地使单壁式纳米碳管(single-walled carbon nanotube)，发出高亮度的红外光。他们让纳米碳管的一部份悬挂在二氧化硅基板之上，并在单载子操作(unipolar operation)下，结果使碳管悬空与受支撑处形成的接面发出高亮度的红外光。

　　研究人员以化学气相沉积法(chemical vapour deposition)，将直径2至3 nm的纳米碳管横放在刻有凹槽结构(trench)的二氧化硅基板上，使碳管的一部份横跨凹槽上方，再加入钯(palladium)作为源极与漏极，在单载子传输条件下(即栅极电压约小于-3.1伏时会引发空穴传输，栅极电压大于-2.1伏会引发电子传输)，纳米碳管被基板支撑与悬空部份形成的接面处会发出红外光，其发光效率在通入3 μA电流时约为每平方纳米每秒107个光子，比目前大面积的LED要高105倍。

　　研究人员认为纳米碳管发光的原因，在于纳米碳管被支撑与悬空部份的接面附近，碳管的能带会弯曲，产生的电场会加速载子，并进而生成激子(exciton,即束缚成对的电子及空穴)；当电子-空穴对再结合时就会发光。根据研究人员的计算，这种激发方式的效率是分别从两端注入电子与空穴再结合效率的1000倍以上。

　　这项研究证明了在低维度纳米结构中，电子与空穴具有非常强的吸引力，而载子与原子振动间的耦合却很微弱，同时它也第一次证明在一维系统中，分子内热载子(高能载子)的撞击激发(impact excitation)现象。

　　由于纳米碳管发出的是波长1-2 μm的红外光，因此具有应用在光通讯上的潜力，同时，发光波长可以藉由改变碳管直径加以调整。此外，未来这些纳米碳管发光体也可与同样以碳管或以硅制成的电子组件整合在同一个芯片上，成为新的电子或光电组件。