美國東北大學科學家主導的國際科研團隊發(fā)現了一種新形式的高密度硅，并開發(fā)出一種新型可擴展的無催化劑蝕刻技術，能將這種硅制成直徑為2—5納米的超窄硅納米線。這一成果發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志，有望給半導體行業(yè)帶來革命性變化，還有望應用于量子計算等領域。

十年前，東北大學研究人員在實驗中發(fā)現了擁有“非常非常微小”線狀納米結構的硅。此后的計算機建模顯示，這種材料擁有高壓縮結構，尺寸比普通硅小10%—20%，而普通硅在這種壓縮狀態(tài)下通常不穩(wěn)定。研究表明，新型硅頂部有很薄一層氧化物，這可能有助于讓其維持壓縮狀態(tài)。

傳統(tǒng)硅的帶隙(決定半導體材料內的電子在受到外源刺激時導電所需的能量)為1.11電子伏特，但新型硅的帶隙為4.16電子伏特，創(chuàng)下世界紀錄。超寬帶隙意味著這種材料需要更大刺激才能導電，但也表明其可在高功率、高溫和高頻下工作，因此用這種新材料生產的硅納米線將適用于電子、晶體管、二極管和LED器件等領域。

研究團隊還發(fā)明了一種生產硅納米線的新方法——無需催化劑的化學氣相蝕刻，可制造出僅為目前商用硅納米線1/20到1/10的納米線。

研究人員表示，這種新型硅對半導體行業(yè)很有吸引力，可用于無線電、雷達和太陽能電池等光伏領域。新型硅納米線還可改善鋰離子電池的性能，拓展其應用領域。由于新型硅納米線的尺寸非常小，因此可在其中操縱各種有趣的量子現象，用于量子計算領域處理量子信息。

研究團隊下一步計劃更好地理解這一過程背后的所有化學原理，并弄清為什么這種形式的壓縮硅如此穩(wěn)定，也希望優(yōu)化蝕刻工藝，使納米線表面更光滑，以進一步擴大其規(guī)模用于工業(yè)生產。(科技日報記者 劉霞)

標簽： 新型硅帶隙 創(chuàng)下世界紀錄 有助量子計算研究 計算研究