保持热度

目前大多数电子器件都含有硅基芯片。其他半导体材料显示潜力，但需要进一步研究，成为商业上可行的。研究人员在KAUST已经彻底分析一个这样的材料金属氮化物纳米线，使它们更加有用的一步。

通过对由金属氮化物半导体纳米线的使用，KAUST研究人员开放走向一个新的光学电子设备不完全基于硅的产生方式。雷夫天鹅/文化/盖蒂图片社

当金属氮化物半导体被排列成纳米线时，它们对光格外敏感，为光学电子学打开了可能性。然而，一个显著的挑战是，尽管金属氮化物纳米线在低温下表现良好，但热效应会极大地影响它们在室温下的性能。为了解决这个问题，Nasir Alfaraj和他的博士生导师萧航丽和同事在KAUST已经产生了最为详细的研究，但这些热效应。

研究人员制备氮化镓（GaN）-在一个所谓的p型和n型半导体层周围的一个不变的p-i-n结构的纳米线层三明治版本。n型半导体的掺杂材料，提供额外的电子，而p型掺杂和更少的电子材料，留下的“空洞”的晶体结构。电子和空穴都充当电荷载体，使半导体器件具有有用的电子特性。

“GaN基p-i-n纳米线是适合于制作高频信号衰减器、数字交换机和高性能的光电探测器，”Alfaraj说。然而，当电子和空穴重新结合，特别是接近室温时，它们的性能受到负面影响。

更具体地说，当电场作用于纳米线时，电子和空穴的平衡会受到影响，以热辐射的形式从设备中抽走热量。这些设备有效地充当微型冰箱，制冷性能下降。

量化这种效果，Alfaraj和同事针对钛宝石激光在纳米线和测量的光致发光的排放出来的样品。然后他们就可以计算出系统的“光致熵”：一个热力学量，代表了由于发光制冷而不能转化为工作的系统能量。

在系统温度高于250 K时，电子和空穴的非辐射复合过程成为主导–电子落入孔中，导致光熵和降低设备的性能增加。

“我们计划研究其他材料的光熵，如氮化铝镓和氧化锌纳米线，”Alfaraj说。“我们还将比较不同的纳米线直径，并研究其他结构，如薄膜。”

这些研究将帮助工程师制造热稳定且适合日常使用的金属氮化物纳米线器件。