Lesz-e szilíciumon világító dióda? Horváth Zsolt József Óbudai Egyetem, Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar, Mikroelektronikai és Technológiai Intézet MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet

A kérdés „Lesz-e szilíciumon világító dióda?” Nem egyértelmű: - Lesz-e szilíciumból készült világító dióda? Lesz-e szilícium hordozón készült világító dióda? Széleskörű kutatások folynak mindkét területen. Si indirekt sávú félvezető, alkalmatlan LED létrehozására. MIÉRT kutatják?

Motiváció 1., CMOS logikai IC-k disszipációja A frekvencia nem növelhető tovább a disszipáció miatt: P ~ f, CL. A blokkokat összekötő vonalak nagy kapacitásúak és sok helyet foglalnak. Optikai csatolás a blokkok között: CMOS áramkörökbe integrálható LED-ek és detektorok – technológiai kompatibilitás.

Motiváció 2., System-On-Chip – különböző funkciók integrációja egyetlen csipen. Szükség van : optikai adatátvitelre, optikai csatolókra, hullámvezetőkre, - optikai és mechanikai érzékelőkre.

Kutatási irányok Si-alapú LED-ek pórusos szilícium – 90-es években Si nanokristályok szigetelőkben lavina pn és pnp diódák MIS diódák Nem Si alapú LED-ek Si hordozón

Eredmények Si LED-ek Si nanokristályos szerkezetek Si nanokristályok SiO2-ben J. De la Torre et al., Physica E 17 (2003) 604

Si nanokristályok SiNx-ben Cho et al. Appl. Phys. Lett. 86 (2005) 071909

Mechanizmus Si nanokristály - indirekt. Electrolumineszcencia szobahőmérsékleten. Magyarázat: lumineszcens centrumok a NK/szigetelő határfelületen. Gerjesztés: elektron és lyuk injekció alagutazással vagy a hibahelyeken keresztül - lumineszcens centrumok gerjesztése forró elektronokkal.

Ritka földfém adalékolás hatása Irrera et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 216 (2004) 222 Adalékolatlan Erbium Túlium

Nanokristály növesztés Ionsugaras szintézis Szilíciumban gazdag szigetelőréteg leválasztása és hőkezelése. Rétegenkénti leválasztás és hőkezelés (1100 Co). CVD – nem kell utólagos hőkezelés. Ionsugaras szintézis SiO2-ben P. Normand et al. , Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 216 (2004) 228

CVD SiO2-ben és Si3N4-ben Y.-H. Wu et al., Electrochem. Solid-State Lett., 11 (2008) H131. P. Basa, et. al., Physica E, 38, (2007) 71.

Eredmények Si LED-ek pnp lavina dióda L. W. Snyman, et al., IEEE J. QUANTUM ELECTRONICS, 46, (2010 ) 906.

pnp lavina dióda L. W. Snyman, et al., IEEE J. QUANTUM ELECTRONICS, 46, (2010 ) 906.

Eredmények Si LED-ek MIS dióda S. Kuai, A. Meldrum,/ Physica E 41 (2009) 916. dox=1-2 nm

Nyitó irány: az injektált elektron rekombinácója. MIS dióda Mechanizmus: Nyitó irány: az injektált elektron rekombinácója. Záró irány: lavina letörés. S. Kuai, A. Meldrum, Physica E 41 (2009) 916

Eredmények Nem Si alapú LED-ek Si hordozón GaAs/AlGaAs nanoszálas LED Katsuhiro Tomioka et al., Nano Lett., 10, (2010), 1639.

GaAs/AlGaAs nanoszálas LED Katsuhiro Tomioka et al., Nano Lett., 10, (2010), 1639.

Eredmények Nem Si alapú LED-ek Si hordozón ZnO nanoszálas LED Y. He et al., J. Nanopart. Res. (2010) 12, 169.

Eredmények Nem Si alapú LED-ek Si hordozón Ballisztikus LED B. Gelloz et al., Jpn. J. Appl. Phys., 47, (2008) 2902.

Válasz a kérdésre „Lesz-e szilíciumon világító dióda?” Valószínűleg lesz a System-On-Chip keretében. Világításra nem fogják használni.

Köszönöm a figyelmet!