加利福尼亞州圣地亞哥大學(xué)的工程師制造了第一個無半導(dǎo)體的光控微電子器件。使用超材料，工程師能夠構(gòu)建一個微電子器件。當(dāng)使用低電壓和低功率激光激活微電子器件時，器件顯示出1000％的電導(dǎo)率增加。

該發(fā)現(xiàn)這項工作在11月4日發(fā)表在Nature Communications上。

研究人員說，現(xiàn)有微電子器件（例如晶體管）的能力最終受其構(gòu)成材料（例如其半導(dǎo)體）性質(zhì)的限制。

例如，半導(dǎo)體可以對器件的電導(dǎo)率或電子流施加限制。半導(dǎo)體具有所謂的帶隙，意味著它們需要增加外部能量以使電子流過它們。當(dāng)電子流過半導(dǎo)體時，電子不斷地與原子碰撞，因此電子速度受到限制。

由位于加利福尼亞州圣地亞哥市的電氣工程教授Dan Sievenpiper領(lǐng)導(dǎo)的應(yīng)用電磁學(xué)研究小組試圖通過在空間中用自由電子替代半導(dǎo)體來消除這些導(dǎo)電性的障礙。“我們想在微尺度上做到這一點，”Sievenpiper實驗室前博士后研究生及本研究的第一作者Ebrahim Forati說。

然而，從材料中釋放電子是具有挑戰(zhàn)性的。它要么需要施加高電壓（至少100伏特），要么需要大功率激光器或極高的溫度（大于1000華氏度），這在微米和納米級電子設(shè)備中是不可用的。

為了解決這個挑戰(zhàn)，Sievenpiper的團隊制造了一個微尺度器件，可以不需要這樣的極端要求而從材料中釋放電子。該器件由硅晶片頂部的一個工程表面，稱為超材料表面組成，硅晶片和超材料表面之間具有一層二氧化硅。該表面由在平行金條陣列上的金蘑菇狀納米結(jié)構(gòu)陣列組成。

金超材料表面是這樣設(shè)計的，當(dāng)施加低DC電壓（低于10伏特）和低功率紅外激光器時，超材料表面產(chǎn)生具有高強度電場的“熱點”，其提供足夠的能量把電子從金屬材料中釋放出來，進入空間。

器件上的測試顯示電導(dǎo)率有1000％的變化。“這意味著更多的可用電子被操縱。”Ebrahim說。（工業(yè)和信息化部電子科學(xué)技術(shù)情報研究所張慧）