本文插图
硅的立方和六方晶格 。 A是电子芯片中的立方晶型的硅；b是六方晶型的锗和硅锗合金
六边形晶格的晶胞（最小的重复单元）包含的原子是立方晶胞的两倍 。 这将布里渊区的大小减半了 。 布里渊区是抽象的“动量空间”的晶胞 ， 用于描述半导体中电子的特性 。 这种尺寸减小又导致材料的电子带在动量空间中折叠 ， 将导带的能量值最小的位置移动到布里渊区的中心 ， 从而产生直接带隙 。 Erik P. A. M. Bakkers团队采用模拟计算的方法确定了六方形晶体结构中锗和硅锗合金的精确能带结构 ， 从而确认了这些材料具有直接带隙 。
更为重要的是 ， 该团队通过实验证实了六方形锗是直接带隙半导体材料 。 而且通过将六方形锗与不同量的硅合金化 ， 可以将材料发出的光子能量从0.3 eV提高到了0.67eV 。 其中光子能量与化学传感和光通信技术紧密相关 。
未来展望
ErikP. A. M. Bakkers团队的这项发现可能会导致首个硅基激光器的诞生 ， 或被用于制造中红外光探测器 。 此类中红外探测器可以用于激光雷达平台 ， 这是一种基于激光的测量技术 ， 可被自动驾驶车辆用来检测周边物体 。 毫不夸张的说 ， 具有光电功能的硅基合金的发展可能引发硅技术的第二次革命 。
参考文献
1、Fadaly,E.M.T., Dijkstra, A., Suckert, J.R. et al. Direct-bandgap emissionfrom hexagonal Ge and SiGe alloys. Nature 580, 205–209 (2020).https://doi.org/10.1038/s41586-020-2150-y
2、Anna Fontcuberta i Morral. Nanostructured alloys light the way to silicon-basedphotonics. Nature 580,188-189 (2020). doi: 10.1038/d41586-020-00976-8

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