纳米光电子器件最新进展及发展趋势

白天为 龚文晔

摘  要：纳米光电子技术是一门新兴科技，近年来随着其发展及研究受到越来越多学者和专家的关注，该技术的应用更是成为现代人们关注的热点。文章主要针对纳米光电子器件展开分析，并对其未来发展方向进行了阐述。

关键词：纳米光电子器件;发展进展;发展趋势

随着信息产业的不断发展，该行业对于集成电路器件的性能要求越来越严格，这使得工程师们不断探索现有电路器件集成度极限的方法。随着亚微米、深亚微米以及微电子机械系统（MEMS）的不断发展，纳米电子学以及纳米光电子学随之发展起来，并且纳米量子器件作为其产物继承了此类技术的优势。纳米量子器件能够根据其特征分为纳米电子器件以及纳米电子光器件。纳米电子器件由共振隧穿器件、量子点器件以及单电子器件等部件组成;而纳米光电子器件主要是由基于应变自组装的纳米激光器、量子点红外光电探测器等部件组成。

1 纳米光电子器件的进展

在现阶段中已经研制出并在实际生产中能够使用的纳米光电子器件有：纳米激光器、量子点红外光电探测器、InGaAs/GaAs多量子限自电光效应器件、垂直腔面发射激光器、聚光物发光二极管等器件。

1.1 纳米导线激光器

纳米导线激光器能够发射出世界最小的激光，其直径小于人体毛发的千分之一。该激光器除了能够发射紫外激光，还能够发射蓝色-深紫外的激光。研究人员发现，在纯氧化锌晶体中运用取向附生技术能够制造出此类激光器。纳米导线激光器在制造过程中首先需要制造纳米导线，也就是在纯氧化锌的表层上制造一条直径为20nm～150nm且长度为10000nm的导线，其次，当研究人员在温室中使用一种激光照射在纯氧化锌表层上的导线中时，纯氧化锌晶体被激活，其会发射一种波长仅为17nm的激光。纳米导线激光器能够被应用于鉴别化学物质等工作中，并且能够促使磁盘的存储空间增长。

1.2 紫外纳米激光器

紫外纳米激光器能够发射直径小于0.3nm，波长为385nm的激光，并且该激光器件具有制作简单、亮度高、体积小、性能好的优势，能够在高密度纳米线阵列的制作中起到较好的效果，因此，紫外纳米激光器被应用于现代许的GaAs器件无法设计的领域。该激光器主要是应用了催化外延晶体生长的气相输运法合成的原理：（1）将蓝宝石底部贴上一层1nm～3.5nm厚的金膜;（2）将贴膜后的蓝宝石放置在氧化铝上，并将底部与材料放置氨气中加热至880℃～905℃，就能够生产Zn蒸汽;（3）将Zn蒸汽与蓝宝石底部相连，于2～10min中蓝宝石底部会生成截面积为六边形2～10um的纳米线。相关文献表示，ZnO纳米线能够生成天然的激光腔，其能够发射直径为20nm～150nm的激光，并且大部分激光的直径在70nm～100nm左右。ZnO纳米线在发生光谱期间，其激光的功率会随着泵浦功率的增大而增大，当泵浦功率超过ZnO纳米线的最大阀值时，放射激光会达到峰值[1]。这种现象使得研究人员发现了：当ZnO纳米线受激发射激光时，能够将其作为一种天然的谐振腔，并且通过调整能够成为比较理想的微型激光光源。该激光器能够在光计算、信息储存以及纳米分析仪等方面起到较好的应用效果。

1.3 量子阱激光器

自从半导体片的线路宽度由蚀刻影响，其宽度能够降到100nm以下，并且仅有少数电子能够在电路移动，电路移动电子数量的变化都会为电路造成严重的影响，为了有效降低这种影响，量子阱激光器就孕育而生了。在量子力学的理论中，量子阱是指将能够约束电子运动并使其量子化的势场。量子阱激光器就是运用该原理将量子约束于半导体激光器的有源层中，并使其量子化，从而产生量子能级，也就促使能级之间的电子运动能够被约束和限制。现阶段所研发出的量子阱激光器有两种不同的类型，一种是量子线激光器，另一种是量子点激光器。

量子线激光器能够通过提高音频、视频、Internet以及其他使用光纤网络通讯技术的信息传达速度，其能够使计算器的反应速度以及通信设备的信息传递速度更加迅速。量子点激光器能够控制小电子群的运动，使其不产生量子效应，但是由于其具有一定的难度，导致现阶段的量子点激光器的研究受到了一定的影响，其影响因素来自许多方面，其中包括温度、技术等方面的影响。

1.4 微腔激光器

微腔激光器是现代半导体研究领域中比较热门的一种激光器件，其主要是应用了现代超精细加工技术以及超薄材料加工技术，能够提高计算机磁盘的集成度并且能够降低磁盘运转时的噪音，并且其在降低磁盘功率方面的特征最为显著，有文献指出，50万个激光器同时运转时产生的功率仅有2.5W。微腔激光器中应用比较广泛的是微碟激光器，其如名字一般，是一种形状如碟形的激光器件[2]，其内部使用的蚀刻工艺使得其直径非常小，并且厚度较薄，圆碟周围无任何部件，并且仅由一个微小底部进行支撑。半导体与空气的折射率存在较大的差异，因此，微碟内部产生的光会发生折射现象，直到折射广播累积了一定量的能量后即可沿着其边缘进行折射，该激光器的效率较高，并且耗能低，在運作时仅需耗费100uA的电路。

2 纳米光电子器件的发展趋势

微电子器件是现代计算机技术以及信息技术的重要组成部分，其发展产物为纳米电子器件。光电子器件是组成现代通讯技术、计算机技术以及集成像显示的重要部件，其进步产物为纳米光电子器件、纳米光电集成电路等器件。纳米量级的集成器件突破了传统电子量学的限制，电子的运动以及量子效应，在此部件中得到了充分的应用，传统的微电子技术已经不适应现代社会发展的需求[3]，为了适应现代社会的发展，业界和学者已经将发展方向瞄准了纳米电子器件以及纳米光电子器件的研究与应用中，因此，其拥有广阔的发展前景。

纳米光电子器件的发展方向主要有两方面：以Si和GaAs为主的固体电子器件的尺寸越来越小;而有机高分子和生物学材料组成器件的尺寸愈来愈大，其能够促进现代新型纳米器件的不断发展。

3 结束语

纳米电子器件以及纳米光电子器件是现代信息技术以及纳米技术发展的产物，其制造水平以及应用趋势更是我国社会进入现代化的重要标志，现代纳米技术发展要立足于我国的国情，坚持实事求是的原则，不断研究、创新和开发纳米电子技术以及纳米光电子技术。

参考文献

[1]王战，刘庆纲，匡登峰，等.用于纳米光电子器件加工的纳米金属膜的制作[J].仪器仪表学报，2013，24（11）：563-565.

[2]李琳，于凤梅.纳米光电子器件在照明、显示技术中的发展和应用[J].广东技术师范学院学报，2013，15（10）：94-98.

[3]程开富.纳米光电子器件的最新进展及发展趋势[J].电子与封装，2015，5（9）：1-3.