美國利用納米碳管研制出超亮LED燈具

    美國IBM與杜克大學的研究人員最近成功地使單壁式納米碳管(single-walled carbon nanotube)，發出高亮度的紅外光。他們讓納米碳管的一部份懸掛在二氧化硅基板之上，并在單載子操作(unipolar operation)下，結果使碳管懸空與受支撐處形成的接面發出高亮度的紅外光。

    研究人員以化學氣相沉積法(chemical vapour deposition)，將直徑2至3 nm的納米碳管橫放在刻有凹槽結構(trench)的二氧化硅基板上，使碳管的一部份橫跨凹槽上方，再加入鈀(palladium)作為源極與漏極，在單載子傳輸條件下(即柵極電壓約小于-3.1伏時會引發空穴傳輸，柵極電壓大于-2.1伏會引發電子傳輸)，納米碳管被基板支撐與懸空部份形成的接面處會發出紅外光，其發光效率在通入3 μA電流時約為每平方納米每秒107個光子，比目前大面積的LED要高105倍。

    研究人員認為納米碳管發光的原因，在于納米碳管被支撐與懸空部份的接面附近，碳管的能帶會彎曲，產生的電場會加速載子，并進而生成激子(exciton,即束縛成對的電子及空穴)；當電子-空穴對再結合時就會發光。根據研究人員的計算，這種激發方式的效率是分別從兩端注入電子與空穴再結合效率的1000倍以上。

    這項研究證明了在低維度納米結構中，電子與空穴具有非常強的吸引力，而載子與原子振動間的耦合卻很微弱，同時它也第一次證明在一維系統中，分子內熱載子(高能載子)的撞擊激發(impact excitation)現象。

    由于納米碳管發出的是波長1-2 μm的紅外光，因此具有應用在光通訊上的潛力，同時，發光波長可以藉由改變碳管直徑加以調整。此外，未來這些納米碳管發光體也可與同樣以碳管或以硅制成的電子組件整合在同一個芯片上，成為新的電子或光電組件。