几种 光电信息 功 能材料的 研究进展 ■
/文王藜蓓 陈芬 周 亚
训宁波大
信学息科 学工与学程院
当今
界正处于世 光 电息产信 飞业 速
展 的发代时, 电子 业产 是 2纪 世光 1 力 巨大 的潜产 。业来 信息产 业 竞 的未
家 息信 业产战 略 , 望率中先 实 现核 有心
术 技国产化… 。
折变材料 等 3类 要重光 电息信 能功材 料 特的性及其 研究展进。
众所 知周, 电材 料 整是个光 电 光子产 业 基的 础和先导 3[ 光 材电料按 2 -o] 途用来 分 可分 为光 ,电 换材转 料 光 和电 催 材 化料; 组 成 来分 , 为分有 按 机光可 材电料 、 光 机电材 料 和有机 一无 机 无 光配电 物合 ;尺 度来 分, 分 按 可 为 米光纳 电 料和 材块体 光 电 料 。 材 光 电由料 制材 成光 电的器 件和产 品 其,
一
争点焦将微 电子从信 产业息 转光向 电 子 信 息 产 业, 预测 , 0 0 5 0 , 据21 2 1-年 光电 产子业 能会取代可 统传电子 产 业并 为 成 2 世纪最大的产 业, 同1成时 衡为量 个一家 经国发济展和综合 力 的国 重要标 志 一之 此。,为 不 少 家都 国采取 相 了措应施 ,加快 展 发 电子光 产 ,业 美国、 日本 、国 国、 国等、国竞家相 德 韩 将光法 子电技 术 纳入 国 发展计家划 。
近年 来 国,光 子 产 业 飞 速 电 发 ,展 我
激半导光电材体料 半
导体 是指导电 性 能介 于 体
导 绝与缘 体之 的间材 料。 半 体导光 材电 料 , 中的能 把 电转 换 成 光, 有 有 的 也能
把光 转换成 电 ,还 有能对的 光 和电
的信 号 进行 各种处 理和 放大 。 12 纪 世上 叶半, 导 异体 结质构和 量 子 结 构 半 材 料 将 是光仍 信 息 功 能电材 料 发研 的
主流 。
新品 、 新产技术 不断涌现 , 应渐用 已逐 到
从信 的获息取 、处理 传、到 信输的 息 存 和显示 储等息信业 产各个 的要环重 节。 目 前 电子 ,产最 主要业的 3 2光 应7
1
硅电子技术材微 料.微
子电技是建 术在 以集立 电成路
、 纤、 光缆 器、件技 术 产和 水 业光 光光
平经已达到 接 或 国近先 进际 平 。 光
水用
领 域为光 通 信及 相 其组 关件系 、 统 光 电显 和光 示 存储 本文 要主阐 述 。半
导 体 光电料 、材纳米 电光材料和光
为核
的心各种导半器 件体础上 的基高
电产子是业 我信息 国产业与国 先际进 水 平 距差相 对 较小的领 域 一 , 之国 在
新子技电术 。 材 料硅 是
半 导体集成 电路和
光伏 阳太能 电池的主要 材 原料,
栅黼料产 业 . 2 1 O 5 0 N—1
圈
是信 息新和能源 产业的 础 基。 年 近 来, 由 于界世半 体产业导及 伏光产业 发的 展 ,国 硅的材 料产 业 得 到也 了速 快我 成 长与展 发大 。 壮硅 微 子电 技 术 材料 对 今当信 息 时具代有 巨 的 大响 , 影 点特 是积体 其 小 量 轻 、、 靠 性高等 。 为 导 半质 可作 体 光 材 电料 硅 的料材 从,提高硅 的性 能 、 成路 电成 品 ,率集 以及 降低 成 本 来 看, 大 直拉 硅 晶直 单 径,决 硅增 解片 直 增 大径 导致 的缺 陷 密 度 增加 和 均 匀 性差变 问题等, 是 今 硅后材 料 仍展发的大 趋 ;势外 , 另 从进一 步 小缩
长的 限制, 国家纳 米 量级子器 核 件是心 技术的真正 体现 。 过经十 年 的多 快 速发 , 展QL已在 新 C型 /中 外光 红 源、 远自空由间通 、 红外对信 和遥抗化 控学 感 等 传 方面 显突 出 广 泛的应 用前 。景 前目, Q C已L成为 各 国 争 相研究 的 高 技术 , 新基 于QC多L可的调 谐 许 中外激 光红器( 冲脉 和外红 国)外 已
经进入在业工化 。
二 、纳米光电材 料
纳 米料是指粒材尺子寸 在 ( 1 x ~ ̄ln 的1 材 。料纳 米 电材料光是 能 指将够 能光转 为化电 或能化学能 其它等 能量
一的
种
纳 材米 料,因其 良 好的性 能 、 巨
的大发展 前 景而 泛广 应于用 光通 信 光 存 、储、 光 网络 、 电探 测 器 等 各 全
光方个面
纳 米。材 料大 致 可分 为纳 粉末米、
一
3
光带隙子材料 .
光 子 带 隙 材 料( 被称 为 光 子 常
维纳 米材
料、 米等 。膜 中, 米 其纳纳
粉末又 称 超为微 粉 或超 粉细, 般 指
一晶
体) 概念 首 先 出 现 1于8 年 的 9, 7
E b.o oi hY a1nr 和t.S onc J h分独别立
粒 在度 Ol m以下 粉末的或颗 ,粒 O n是
一
种 介
于原 子、 子 宏 观物与 体 间之 分
半 导体 器件 特 征 尺 寸 和 提高 硅的集
成 度 看来, 料材 发 展的 一个另主 要 硅 方将向是 制研 合 适于深 亚 微 乃米 至纳米 级 工艺 所需 的大 径直 硅外 片延 。 基 于 锗 化硅 i () 料 生长的应 变 Se 材G 技术 ,硅 提能供更 高器 的件驱动 电 流 和更 的快 晶体管速 度 , 有 可能 代 替 硅将材料 而 成 为6nm以下互 补 型 属 金 5氧 化 物半导 体 电 (路 SO 的 主
流 M )c 术技 ; 时 们 , 也在 开 发诸 如 K高 同 人栅 介 质、 栅/ 多栅 件器 、变沟 道 双 应 和 高 迁移 率 材 料 铜互和连 技 等 术。 但 是即便 如 此 , 硅微电 子 技最术终 还 是难以 满 人足 类对 信量息的庞大 需 求, 因 此 ,求基于 新原理全 材的 、料寻 器件
和电 路 技 术是 也另 一究 研热点, 基
指如出 : 电 数函 的周性期变化 能够调
介制材 料 光中 的状 态子 模 式。根据 周 期 性的空 排 列 间, 以 光将子 体晶 分为 可
一
处 于
中间物 的 态固颗 粒材料 体;一维 纳 米料 指材直径为纳 尺度米 长而度 较 大线状的 料 , 根材 据它 不 同的形 貌以 及 心 或实空心 以分 ,纳为管米、 米 纳 棒 可或 米线 、 纳米纳 带 ;等 纳米 又膜分
维 二维、 三维和光 晶子体 。
1年 9 o, s 9 6hT a mrKus 1出 as 作  ̄
]
了世界 上第一 个 光在 学尺 寸上 的 一 维 光 子体 晶 他。 半 导在体技术 方 面 成功 地开 辟了一 条新 路 ,道 利用 有 即 已半的导 体 工 业 技 来 术制 新造 型 半 的 导体 料——材 光子 体 晶。 二 而 光维子 晶 体,即半 体导的 片 堆薄 , 已制 层 备 现 出了硅基 二光维 子体晶、 高 值 Q ( 高品 质 数因 的光) 子 腔微 含和 单 子点 的量砷化镓 基 二 光 维子 晶体微腔 其, 应 用 领域广 ,泛 用 全 利反 射将内光 限如 制 在 晶体 而 产 中生光 子 晶体 效 应 以 及 制控光的色散 ,利 用子 光体晶制作 计 算 芯 机片 以提高计 算 机 运 行 速 度 等 。 维光 子 晶体 , 其 是可 见 光 /三 尤 近 红 波外 的 三维段光 晶 体子 由,于加 工 条件 制 限 制, 备相 对较难。 近 年来 , 日本 京都 大学 已研 制 成 功了 I或 n ( PG a) 带 隙在1 5 m波 附长近、 A 基 S5.
为
颗粒 与膜致密 膜, 颗 膜粒是纳 米 颗
粒 粘在 一 ,起中 间 有 极细 小 间 为的隙
薄膜 , 密 膜 致膜指 层致密但 晶粒 尺寸 纳为 米的级膜 。薄
1纳 光 电米材 料的性特 .
由于 度尺 处原于子簇和宏观 物
的体交接 区 ,域纳 米料材具有 表效面应、
尺小寸应 效 、子量尺寸效和应宏观子量 隧效道 应 并产生奇,异的 力学、 电 学 、 磁 学、光 学、 热学化和学特性等。表 效应面 是纳米光 材电的料个重要特一性 当, 表 面子数原加到一增定度程, 陛子更 粒 能地 由表多面 原而 子不 由晶格是 上原的 子 定决 ,由 表于面原数子的增会多导
致
于量 子 力 学应 的效 米纳电子 术 技、量
子信息 技和光术计算 技等 术 。
2 量子 级联光激器材 料.基
于 砷 化 镓 ( s A 和 磷化铟 G a) (P 基 的 超晶格 、 子 阱 材 已料经 I n )
发展量 得比较 熟成 了 并广, 泛应用于 光 通 信 动 通信、等 域 。领9 4 , 移 19年国 美
许
缺陷 , 从多而定了决纳米光 材电料有
更高的潘l 而量 子尺寸效应了会除 造生
。纳米成光电材 料光学性的质发生变化 ,
还会 起 引其 学 电性质 的 显明改变 因 ,
尔贝 验实室发明了 基 于量 子子阱跃 带
迁 阱间和共振 穿 的量 子隧联激级 器 光 ( , 集量 工子程 和 子束分外廷 QL)C它技 术 于一 体 , 突 破 了导 半体能 隙对 波
周 期为7 m的 0 维 光 子 晶三 体。 0 n另
, 子外晶 技体术 被也 用应到 了纤光 光 上, 即 子 光 晶体光 纤 ,相 于对 普通 它
纤光有很 多 先之处 。进
,此纳 米 光电材料 普通比光 材料电有具
更高的光 化催 潘I 生。
2
纳米光电 材料研究 现状 .
着随 米纳导半体 材 料的现出纳和
四
A v
ena rI lt ducdat isn s yM a ed r
米电子器 件的 蓬勃 发 展 ,米 纳光 电子
,等 且还具 而有显 明的 量尺子寸 应 。 近 年效 来 究人,员 成已 地功 制 研纳了 研米硅异质 结 二极管 ,并正 展 开纳 硅 米薄 太膜阳 池电 研的制 , 了纳现米 展硅薄 膜器件 广 的阔前 景。紫外 光探电 在 器方面测 , M. ye 等人制 作了 .ONa f h纳 米薄硅 膜外紫 光探电测器 。
1
机光无折变材 料
. 世 2 纪 年9 代以 ,前们研 究 0的0 人
学 运 应而生。 纳 光米 电学 子是 研究 纳 米 结 构电 子光与相子 互作及其用 件器 的一 门 技高术学科 。 而 纳米 光电 技术 在纳是米光 电材 料 、半米导体 技术 纳 的 础基 上发展起 来 的 ,是纳 米光 子电 器 的基 础件, 将成 为 纳米 光通 技 信 且
术发展 的要支重柱 。 目 ,前 关米纳光 电材料 研 究的 有
光折变 材料 是都无 机材 料,致 可 大分
为以下 3 :铁电 体晶, 铌 酸 锂 ① 如 类( b 、iL NO )铌钾 酸(K N b 钽酸 、O )铌 钾 ( N)钛 钡酸 ( a 、i酸 锶 KT 、BT O 铌)钡 (B 、 NS钡)钠铌( N )N B ;等 ②铁非 电
, 体锗 酸 铋 (1 O 、 酸铋。 B如Ge i:)硅
2
. 三光折变材料
光折 变材料 是指 在光 的
照射 下 能够 吸 光 收 子产 生 电而 荷转移, 而从 形 空成间 电 ,场 通再 过电 效应光使 其
射折率 发生改 变的 一光种 材 料 。电这
iS( O。 ;等B 。 i )化③合物导半 , 体 砷
如与
应有用 :
.
化 钾 a s、 P( 化镉碲( d e 、 G )I 、An C T硒) 化 镉( e等d。 C S) 无对 机晶人体在理 们
论 应和用面 方做 已 了出较 为系统深
入研 的 。 究
纳 米 ① 末粉在 光 电探测 器中 研 的。 究米粉 体 表 现出 强光 吸能 、力纳 高活 性 高催、 化性 高选、 性 、择高扩 散 性 、高磁 率 和矫化顽力 等奇理 化特性 。 能现基 在于光电子 成集(ic n n lso o is lit sr )n uao , io的光电 探器测, 利 用金 属纳米 粉末 层 同涂s0 波I模 导式 相 互的作 用 , 以 显著 改善 薄膜型S 光 可O 电探 I测器的 光吸特性 。 此外 , 通收过 精心择 选米纳末 粉涂层的 材 和颗粒大 料小, 还有 望将 光 流电 响应 光的 谱 范 围 由 见可 和光红近 区扩外展到外红区。 ②一维 纳米 材料 应的 用 。向耦
定合 器是 波 分复 网 用 络最中常 用的 基 本 元 件 之一 , 0 5 ,am a人 2 0年Ya d 等
类
材料 只 低 需 率功 光激即 在可 室 温 下 行多进种光 学 信 的息处理 与算运, 因 此 多 个在 领 域有中着 分十 诱人的 应用前。 目前景, 们 已先 后 对 光 折
人2
有机折变光材料 .
有机 光折 变材 主料 要包 括有 机 晶 体和 光 折变 聚 合 物 。9 年1, 91在 D uhame 人首 次 道 报了聚 物 c合 r bs等 i-NAPD A :E的光H变 效应 折。D 与 无机晶体 和 有机 体相 比晶, 折变 聚 光合物有 明显 的优势 , : 聚如 物 的 非合 线 性学性 光可 以能通掺 过杂生色团在 外场 下极化 生 产, 合 物聚在理 上论 具 有比 无机 晶大 几倍体的 质 品因素 。 等通常 , 折变合 聚物分为 以下 :4光 类 以
变
材料在 高 度密数 据 存 贮 、 测 涉
量干 、 放 大、 光间 调制 、 图像学处 光 空 光理和 激 锁模光 方等面 的应 用进 行 了 比 深 较入研 究 ,着随 们 人对光 变折 效 的深入应研 以究新及型料材 不断的 发, 现光 变材 折料的 多许 新用 正在应
层不穷 出发的展中。
首
次报 了道 种一 基于 纳米 线 导波的 定向 耦合 器,个 耦合 导波的 横 截 面 2 寸尺为 0 3 m .m ,.
x 30间距 为
仅0 .m 3[6
。1
在
此基础之 上 ,他们制还 作
了
种一基于 纳米 波导的线r gB 反 ag射 型光上 下路 复 用/器 将。sIO 米纳 线 引入 到热光 关 中 , 开助 于有器件 尺寸 功和 耗减的 小,0 5 , 人首u次 2 0 年 C 等 报h道 基 于 纳米了线波 的 1×导1 1 、2
和 1× Ma的 he n e干涉型热 光 4 Xc - Zhd r 开 关。
③纳 硅米 膜薄 应的 。用纳米 薄硅 膜由于 特独 的 结构而具 一系列有独 特 性 质, 电导率高 、热 定 稳好 、性如 光 光 吸 收 能强力 、 光学能隙 化 、宽光 致光
发新
和 产业 躺N5 0 1_ 碍 O 2.1 E
荷 电 输体 为传基质 掺的 杂体系 以,非 性线 色 生为基 团质 掺 杂 的系体, 以惰
还研
究聚合了材料 物位的型 字记数 录 维 双三光子 储存 特 性 ,讨 光 了折变
探世
界各 正在 国速发加展 光电子 技术 和
品[-产 国] 、1 1美 21法 、国国 日本等 和发 德
性聚 合物为 质的基杂掺体系 和全 功能
型 (单分) 组合聚体物系 。光 折 变聚 合 物的 应用十 分广 泛 。 91 年, L . ld n9 6B. Vo o 等人 首次在安i 全 检 测 系 统中 实 现 了 聚用乙 烯 咔 唑 ( VK) P 行进 像图识别 。 02 , o—2 0年 W n J e 人 对 一另咔唑 类有 机光 折变 材a 等料 PXS—C(Z咔 通唑过亚 甲 基链 接 将到 聚 甲基 氧 烷 硅中 )图像 识 别 中的 在
应用进 行了 研究。人 不 仅们 研究了 光
合聚在 光信息物储存中应 用
。达 国家都将 电光子技术 定为确国家重
发展技术之点 一 并,成 立光 电子科研了
四
、 结 语
2 世纪 9 代年以 来 ,0 世0界 光 电 子
中心, 重点 开拓 光子信电 技息和术产新 品 我。光 国电料研究 材主要 集中在中 科学国院半导 研体所 究 、中国科 院物学 理 研究所等部研究分所 , 及以国部我 分 大 学 , 山东大 学 如、 清华大 学等 。析 分 据, 光 电信 息 能功材 的料究研 点重 将落
在料新 材l、 生能 新应效 及新以料的探索材 与备等方面 。制姻,
瞄1 99 J. i.80 82 12.5 0 0936/.龇 1- 9X0010. . 0
产业 s光和 电 应正在 用爆 以炸 的性速度 增 长 。当 , 信息今 术技使得 人类 社发会 生了深 的刻变 化, 网络正步成逐为类人 全新 产和生生方 式的活础基设 施。科技 的
猛迅发 展 和人对们 息信 技术
越来
越
高需求 的 ,正动推着信息会从微社 电 时子逐代渐进 入 电子时光代光和 子时 代。
折
聚变 合对物 维三体 全息 的图储存 ,
致 谢: 本研文究内容 得浙 江 教到育科研厅划计 项目( 90 57)宁 波 自然科市学 金(基 0 06 0 7 宁波)服 务市型重点 业 创新专 务 服 Y 00 42省 、22 1A 11 2 和
型电 信子专业息建设资群助金基 项目( A 1 08 0 4 0 ) 0 0 0  ̄ 729 的助。 0 资
考参献
[文】我 光国电 产子业现的状 与未来发 方展 【向】机 光信息电 ,07 2 ( ) 4. 1 J . 2 0 , 2 :4 4
】 【杨承勇, 2 风吴 ,霞王 庆水 . 电信 息功能材光研 料进究和展应 用 景[】佛前山陶瓷 ,0 1 1() 9 1 . J . 0 2 ,l1 :- 2
[刘彦 胜 .国 子信电息, 电材 产业 料发的展 状现 . 3【 ]我 J光 新材 料业 产01,7: 3 2 】.20( ) 2 7 —【】
牛 淑云 , 彭4 ,鲲 寇瑾. 纳米 光电料材研 简究介】辽 宁【师范 大学报学( J. 自然 科学)2版0 61, 3:6 .,0 23 ) (6 —7
】 陈海[澜 . 55 一 维 米纳料材的光 电性 能研究 . 【J中 国科技信 息 09,1 )— 414 . 】 20( :054 9
【, 】 mY dH, h O t a iet l n culr b s d o i cn ht wie ai e u s d 】 EI h t nTc n 1 6 aaa C u T p.il rc a o o ep a e n sl o op n c rw vg e [i.E EP oo . eh o.c d i oi J L
et 0,5 ( 1 )f. 2 0 , 7 3.
【
】 C , u aaa 7 h Y Tm d H, h d e Sa .op c oc t wt bes d n ci nh tn cI ai, t1 C m t ap s is ic s a e ol so p o oi hi wi wa u ed 】s O tr ev gi [e. p . J
Ep es20 1 ( 5.x rs , 50,3 2 )
【
】N e yO 8 fa M,h a S S Ait, 1Ti fl sl on n m tr atl V h t dcto】P[ oo. eh .o oR , t mhe a . h n i mi c n o eaep rie i c U o pe te r. h ntT cn1 o
L fJ. 04, 68 e.t 0 12( )
【
郑 光昭
, 】9 苏悦 . 光成息信术中的光技折变料【 材.J 广 东业工大学学报 00, 1:016 . 2] 0, ()6 4 7 —
【0 崔元 靖 ,民 . 变权材料研究 展进【 .导 ,报 21(602. .1 l 王 】光折J 料材 2】 ,01)1— 5 0 [ 1l】唐见茂. 育 新新材料 产业兴 抢 占未 科来 技高点[ 制. 培 J国材料中进 ,00展 2()5— 9] 12 92,6 5:
.【 1】姜2晶, 吴志,明 王, 涛命革性的材新料—黑—[ 硅. 等.J 料导报材,002( 12) 61 ] 1 ,244 2—:2 .
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几种 光电信息 功 能材料的 研究进展 ■
/文王藜蓓 陈芬 周 亚
训宁波大
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家 息信 业产战 略 , 望率中先 实 现核 有心
术 技国产化… 。
折变材料 等 3类 要重光 电息信 能功材 料 特的性及其 研究展进。
众所 知周, 电材 料 整是个光 电 光子产 业 基的 础和先导 3[ 光 材电料按 2 -o] 途用来 分 可分 为光 ,电 换材转 料 光 和电 催 材 化料; 组 成 来分 , 为分有 按 机光可 材电料 、 光 机电材 料 和有机 一无 机 无 光配电 物合 ;尺 度来 分, 分 按 可 为 米光纳 电 料和 材块体 光 电 料 。 材 光 电由料 制材 成光 电的器 件和产 品 其,
一
争点焦将微 电子从信 产业息 转光向 电 子 信 息 产 业, 预测 , 0 0 5 0 , 据21 2 1-年 光电 产子业 能会取代可 统传电子 产 业并 为 成 2 世纪最大的产 业, 同1成时 衡为量 个一家 经国发济展和综合 力 的国 重要标 志 一之 此。,为 不 少 家都 国采取 相 了措应施 ,加快 展 发 电子光 产 ,业 美国、 日本 、国 国、 国等、国竞家相 德 韩 将光法 子电技 术 纳入 国 发展计家划 。
近年 来 国,光 子 产 业 飞 速 电 发 ,展 我
激半导光电材体料 半
导体 是指导电 性 能介 于 体
导 绝与缘 体之 的间材 料。 半 体导光 材电 料 , 中的能 把 电转 换 成 光, 有 有 的 也能
把光 转换成 电 ,还 有能对的 光 和电
的信 号 进行 各种处 理和 放大 。 12 纪 世上 叶半, 导 异体 结质构和 量 子 结 构 半 材 料 将 是光仍 信 息 功 能电材 料 发研 的
主流 。
新品 、 新产技术 不断涌现 , 应渐用 已逐 到
从信 的获息取 、处理 传、到 信输的 息 存 和显示 储等息信业 产各个 的要环重 节。 目 前 电子 ,产最 主要业的 3 2光 应7
1
硅电子技术材微 料.微
子电技是建 术在 以集立 电成路
、 纤、 光缆 器、件技 术 产和 水 业光 光光
平经已达到 接 或 国近先 进际 平 。 光
水用
领 域为光 通 信及 相 其组 关件系 、 统 光 电显 和光 示 存储 本文 要主阐 述 。半
导 体 光电料 、材纳米 电光材料和光
为核
的心各种导半器 件体础上 的基高
电产子是业 我信息 国产业与国 先际进 水 平 距差相 对 较小的领 域 一 , 之国 在
新子技电术 。 材 料硅 是
半 导体集成 电路和
光伏 阳太能 电池的主要 材 原料,
栅黼料产 业 . 2 1 O 5 0 N—1
圈
是信 息新和能源 产业的 础 基。 年 近 来, 由 于界世半 体产业导及 伏光产业 发的 展 ,国 硅的材 料产 业 得 到也 了速 快我 成 长与展 发大 。 壮硅 微 子电 技 术 材料 对 今当信 息 时具代有 巨 的 大响 , 影 点特 是积体 其 小 量 轻 、、 靠 性高等 。 为 导 半质 可作 体 光 材 电料 硅 的料材 从,提高硅 的性 能 、 成路 电成 品 ,率集 以及 降低 成 本 来 看, 大 直拉 硅 晶直 单 径,决 硅增 解片 直 增 大径 导致 的缺 陷 密 度 增加 和 均 匀 性差变 问题等, 是 今 硅后材 料 仍展发的大 趋 ;势外 , 另 从进一 步 小缩
长的 限制, 国家纳 米 量级子器 核 件是心 技术的真正 体现 。 过经十 年 的多 快 速发 , 展QL已在 新 C型 /中 外光 红 源、 远自空由间通 、 红外对信 和遥抗化 控学 感 等 传 方面 显突 出 广 泛的应 用前 。景 前目, Q C已L成为 各 国 争 相研究 的 高 技术 , 新基 于QC多L可的调 谐 许 中外激 光红器( 冲脉 和外红 国)外 已
经进入在业工化 。
二 、纳米光电材 料
纳 米料是指粒材尺子寸 在 ( 1 x ~ ̄ln 的1 材 。料纳 米 电材料光是 能 指将够 能光转 为化电 或能化学能 其它等 能量
一的
种
纳 材米 料,因其 良 好的性 能 、 巨
的大发展 前 景而 泛广 应于用 光通 信 光 存 、储、 光 网络 、 电探 测 器 等 各 全
光方个面
纳 米。材 料大 致 可分 为纳 粉末米、
一
3
光带隙子材料 .
光 子 带 隙 材 料( 被称 为 光 子 常
维纳 米材
料、 米等 。膜 中, 米 其纳纳
粉末又 称 超为微 粉 或超 粉细, 般 指
一晶
体) 概念 首 先 出 现 1于8 年 的 9, 7
E b.o oi hY a1nr 和t.S onc J h分独别立
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一
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于原 子、 子 宏 观物与 体 间之 分
半 导体 器件 特 征 尺 寸 和 提高 硅的集
成 度 看来, 料材 发 展的 一个另主 要 硅 方将向是 制研 合 适于深 亚 微 乃米 至纳米 级 工艺 所需 的大 径直 硅外 片延 。 基 于 锗 化硅 i () 料 生长的应 变 Se 材G 技术 ,硅 提能供更 高器 的件驱动 电 流 和更 的快 晶体管速 度 , 有 可能 代 替 硅将材料 而 成 为6nm以下互 补 型 属 金 5氧 化 物半导 体 电 (路 SO 的 主
流 M )c 术技 ; 时 们 , 也在 开 发诸 如 K高 同 人栅 介 质、 栅/ 多栅 件器 、变沟 道 双 应 和 高 迁移 率 材 料 铜互和连 技 等 术。 但 是即便 如 此 , 硅微电 子 技最术终 还 是难以 满 人足 类对 信量息的庞大 需 求, 因 此 ,求基于 新原理全 材的 、料寻 器件
和电 路 技 术是 也另 一究 研热点, 基
指如出 : 电 数函 的周性期变化 能够调
介制材 料 光中 的状 态子 模 式。根据 周 期 性的空 排 列 间, 以 光将子 体晶 分为 可
一
处 于
中间物 的 态固颗 粒材料 体;一维 纳 米料 指材直径为纳 尺度米 长而度 较 大线状的 料 , 根材 据它 不 同的形 貌以 及 心 或实空心 以分 ,纳为管米、 米 纳 棒 可或 米线 、 纳米纳 带 ;等 纳米 又膜分
维 二维、 三维和光 晶子体 。
1年 9 o, s 9 6hT a mrKus 1出 as 作  ̄
]
了世界 上第一 个 光在 学尺 寸上 的 一 维 光 子体 晶 他。 半 导在体技术 方 面 成功 地开 辟了一 条新 路 ,道 利用 有 即 已半的导 体 工 业 技 来 术制 新造 型 半 的 导体 料——材 光子 体 晶。 二 而 光维子 晶 体,即半 体导的 片 堆薄 , 已制 层 备 现 出了硅基 二光维 子体晶、 高 值 Q ( 高品 质 数因 的光) 子 腔微 含和 单 子点 的量砷化镓 基 二 光 维子 晶体微腔 其, 应 用 领域广 ,泛 用 全 利反 射将内光 限如 制 在 晶体 而 产 中生光 子 晶体 效 应 以 及 制控光的色散 ,利 用子 光体晶制作 计 算 芯 机片 以提高计 算 机 运 行 速 度 等 。 维光 子 晶体 , 其 是可 见 光 /三 尤 近 红 波外 的 三维段光 晶 体子 由,于加 工 条件 制 限 制, 备相 对较难。 近 年来 , 日本 京都 大学 已研 制 成 功了 I或 n ( PG a) 带 隙在1 5 m波 附长近、 A 基 S5.
为
颗粒 与膜致密 膜, 颗 膜粒是纳 米 颗
粒 粘在 一 ,起中 间 有 极细 小 间 为的隙
薄膜 , 密 膜 致膜指 层致密但 晶粒 尺寸 纳为 米的级膜 。薄
1纳 光 电米材 料的性特 .
由于 度尺 处原于子簇和宏观 物
的体交接 区 ,域纳 米料材具有 表效面应、
尺小寸应 效 、子量尺寸效和应宏观子量 隧效道 应 并产生奇,异的 力学、 电 学 、 磁 学、光 学、 热学化和学特性等。表 效应面 是纳米光 材电的料个重要特一性 当, 表 面子数原加到一增定度程, 陛子更 粒 能地 由表多面 原而 子不 由晶格是 上原的 子 定决 ,由 表于面原数子的增会多导
致
于量 子 力 学应 的效 米纳电子 术 技、量
子信息 技和光术计算 技等 术 。
2 量子 级联光激器材 料.基
于 砷 化 镓 ( s A 和 磷化铟 G a) (P 基 的 超晶格 、 子 阱 材 已料经 I n )
发展量 得比较 熟成 了 并广, 泛应用于 光 通 信 动 通信、等 域 。领9 4 , 移 19年国 美
许
缺陷 , 从多而定了决纳米光 材电料有
更高的潘l 而量 子尺寸效应了会除 造生
。纳米成光电材 料光学性的质发生变化 ,
还会 起 引其 学 电性质 的 显明改变 因 ,
尔贝 验实室发明了 基 于量 子子阱跃 带
迁 阱间和共振 穿 的量 子隧联激级 器 光 ( , 集量 工子程 和 子束分外廷 QL)C它技 术 于一 体 , 突 破 了导 半体能 隙对 波
周 期为7 m的 0 维 光 子 晶三 体。 0 n另
, 子外晶 技体术 被也 用应到 了纤光 光 上, 即 子 光 晶体光 纤 ,相 于对 普通 它
纤光有很 多 先之处 。进
,此纳 米 光电材料 普通比光 材料电有具
更高的光 化催 潘I 生。
2
纳米光电 材料研究 现状 .
着随 米纳导半体 材 料的现出纳和
四
A v
ena rI lt ducdat isn s yM a ed r
米电子器 件的 蓬勃 发 展 ,米 纳光 电子
,等 且还具 而有显 明的 量尺子寸 应 。 近 年效 来 究人,员 成已 地功 制 研纳了 研米硅异质 结 二极管 ,并正 展 开纳 硅 米薄 太膜阳 池电 研的制 , 了纳现米 展硅薄 膜器件 广 的阔前 景。紫外 光探电 在 器方面测 , M. ye 等人制 作了 .ONa f h纳 米薄硅 膜外紫 光探电测器 。
1
机光无折变材 料
. 世 2 纪 年9 代以 ,前们研 究 0的0 人
学 运 应而生。 纳 光米 电学 子是 研究 纳 米 结 构电 子光与相子 互作及其用 件器 的一 门 技高术学科 。 而 纳米 光电 技术 在纳是米光 电材 料 、半米导体 技术 纳 的 础基 上发展起 来 的 ,是纳 米光 子电 器 的基 础件, 将成 为 纳米 光通 技 信 且
术发展 的要支重柱 。 目 ,前 关米纳光 电材料 研 究的 有
光折变 材料 是都无 机材 料,致 可 大分
为以下 3 :铁电 体晶, 铌 酸 锂 ① 如 类( b 、iL NO )铌钾 酸(K N b 钽酸 、O )铌 钾 ( N)钛 钡酸 ( a 、i酸 锶 KT 、BT O 铌)钡 (B 、 NS钡)钠铌( N )N B ;等 ②铁非 电
, 体锗 酸 铋 (1 O 、 酸铋。 B如Ge i:)硅
2
. 三光折变材料
光折 变材料 是指 在光 的
照射 下 能够 吸 光 收 子产 生 电而 荷转移, 而从 形 空成间 电 ,场 通再 过电 效应光使 其
射折率 发生改 变的 一光种 材 料 。电这
iS( O。 ;等B 。 i )化③合物导半 , 体 砷
如与
应有用 :
.
化 钾 a s、 P( 化镉碲( d e 、 G )I 、An C T硒) 化 镉( e等d。 C S) 无对 机晶人体在理 们
论 应和用面 方做 已 了出较 为系统深
入研 的 。 究
纳 米 ① 末粉在 光 电探测 器中 研 的。 究米粉 体 表 现出 强光 吸能 、力纳 高活 性 高催、 化性 高选、 性 、择高扩 散 性 、高磁 率 和矫化顽力 等奇理 化特性 。 能现基 在于光电子 成集(ic n n lso o is lit sr )n uao , io的光电 探器测, 利 用金 属纳米 粉末 层 同涂s0 波I模 导式 相 互的作 用 , 以 显著 改善 薄膜型S 光 可O 电探 I测器的 光吸特性 。 此外 , 通收过 精心择 选米纳末 粉涂层的 材 和颗粒大 料小, 还有 望将 光 流电 响应 光的 谱 范 围 由 见可 和光红近 区扩外展到外红区。 ②一维 纳米 材料 应的 用 。向耦
定合 器是 波 分复 网 用 络最中常 用的 基 本 元 件 之一 , 0 5 ,am a人 2 0年Ya d 等
类
材料 只 低 需 率功 光激即 在可 室 温 下 行多进种光 学 信 的息处理 与算运, 因 此 多 个在 领 域有中着 分十 诱人的 应用前。 目前景, 们 已先 后 对 光 折
人2
有机折变光材料 .
有机 光折 变材 主料 要包 括有 机 晶 体和 光 折变 聚 合 物 。9 年1, 91在 D uhame 人首 次 道 报了聚 物 c合 r bs等 i-NAPD A :E的光H变 效应 折。D 与 无机晶体 和 有机 体相 比晶, 折变 聚 光合物有 明显 的优势 , : 聚如 物 的 非合 线 性学性 光可 以能通掺 过杂生色团在 外场 下极化 生 产, 合 物聚在理 上论 具 有比 无机 晶大 几倍体的 质 品因素 。 等通常 , 折变合 聚物分为 以下 :4光 类 以
变
材料在 高 度密数 据 存 贮 、 测 涉
量干 、 放 大、 光间 调制 、 图像学处 光 空 光理和 激 锁模光 方等面 的应 用进 行 了 比 深 较入研 究 ,着随 们 人对光 变折 效 的深入应研 以究新及型料材 不断的 发, 现光 变材 折料的 多许 新用 正在应
层不穷 出发的展中。
首
次报 了道 种一 基于 纳米 线 导波的 定向 耦合 器,个 耦合 导波的 横 截 面 2 寸尺为 0 3 m .m ,.
x 30间距 为
仅0 .m 3[6
。1
在
此基础之 上 ,他们制还 作
了
种一基于 纳米 波导的线r gB 反 ag射 型光上 下路 复 用/器 将。sIO 米纳 线 引入 到热光 关 中 , 开助 于有器件 尺寸 功和 耗减的 小,0 5 , 人首u次 2 0 年 C 等 报h道 基 于 纳米了线波 的 1×导1 1 、2
和 1× Ma的 he n e干涉型热 光 4 Xc - Zhd r 开 关。
③纳 硅米 膜薄 应的 。用纳米 薄硅 膜由于 特独 的 结构而具 一系列有独 特 性 质, 电导率高 、热 定 稳好 、性如 光 光 吸 收 能强力 、 光学能隙 化 、宽光 致光
发新
和 产业 躺N5 0 1_ 碍 O 2.1 E
荷 电 输体 为传基质 掺的 杂体系 以,非 性线 色 生为基 团质 掺 杂 的系体, 以惰
还研
究聚合了材料 物位的型 字记数 录 维 双三光子 储存 特 性 ,讨 光 了折变
探世
界各 正在 国速发加展 光电子 技术 和
品[-产 国] 、1 1美 21法 、国国 日本等 和发 德
性聚 合物为 质的基杂掺体系 和全 功能
型 (单分) 组合聚体物系 。光 折 变聚 合 物的 应用十 分广 泛 。 91 年, L . ld n9 6B. Vo o 等人 首次在安i 全 检 测 系 统中 实 现 了 聚用乙 烯 咔 唑 ( VK) P 行进 像图识别 。 02 , o—2 0年 W n J e 人 对 一另咔唑 类有 机光 折变 材a 等料 PXS—C(Z咔 通唑过亚 甲 基链 接 将到 聚 甲基 氧 烷 硅中 )图像 识 别 中的 在
应用进 行了 研究。人 不 仅们 研究了 光
合聚在 光信息物储存中应 用
。达 国家都将 电光子技术 定为确国家重
发展技术之点 一 并,成 立光 电子科研了
四
、 结 语
2 世纪 9 代年以 来 ,0 世0界 光 电 子
中心, 重点 开拓 光子信电 技息和术产新 品 我。光 国电料研究 材主要 集中在中 科学国院半导 研体所 究 、中国科 院物学 理 研究所等部研究分所 , 及以国部我 分 大 学 , 山东大 学 如、 清华大 学等 。析 分 据, 光 电信 息 能功材 的料究研 点重 将落
在料新 材l、 生能 新应效 及新以料的探索材 与备等方面 。制姻,
瞄1 99 J. i.80 82 12.5 0 0936/.龇 1- 9X0010. . 0
产业 s光和 电 应正在 用爆 以炸 的性速度 增 长 。当 , 信息今 术技使得 人类 社发会 生了深 的刻变 化, 网络正步成逐为类人 全新 产和生生方 式的活础基设 施。科技 的
猛迅发 展 和人对们 息信 技术
越来
越
高需求 的 ,正动推着信息会从微社 电 时子逐代渐进 入 电子时光代光和 子时 代。
折
聚变 合对物 维三体 全息 的图储存 ,
致 谢: 本研文究内容 得浙 江 教到育科研厅划计 项目( 90 57)宁 波 自然科市学 金(基 0 06 0 7 宁波)服 务市型重点 业 创新专 务 服 Y 00 42省 、22 1A 11 2 和
型电 信子专业息建设资群助金基 项目( A 1 08 0 4 0 ) 0 0 0  ̄ 729 的助。 0 资
考参献
[文】我 光国电 产子业现的状 与未来发 方展 【向】机 光信息电 ,07 2 ( ) 4. 1 J . 2 0 , 2 :4 4
】 【杨承勇, 2 风吴 ,霞王 庆水 . 电信 息功能材光研 料进究和展应 用 景[】佛前山陶瓷 ,0 1 1() 9 1 . J . 0 2 ,l1 :- 2
[刘彦 胜 .国 子信电息, 电材 产业 料发的展 状现 . 3【 ]我 J光 新材 料业 产01,7: 3 2 】.20( ) 2 7 —【】
牛 淑云 , 彭4 ,鲲 寇瑾. 纳米 光电料材研 简究介】辽 宁【师范 大学报学( J. 自然 科学)2版0 61, 3:6 .,0 23 ) (6 —7
】 陈海[澜 . 55 一 维 米纳料材的光 电性 能研究 . 【J中 国科技信 息 09,1 )— 414 . 】 20( :054 9
【, 】 mY dH, h O t a iet l n culr b s d o i cn ht wie ai e u s d 】 EI h t nTc n 1 6 aaa C u T p.il rc a o o ep a e n sl o op n c rw vg e [i.E EP oo . eh o.c d i oi J L
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L fJ. 04, 68 e.t 0 12( )
【
郑 光昭
, 】9 苏悦 . 光成息信术中的光技折变料【 材.J 广 东业工大学学报 00, 1:016 . 2] 0, ()6 4 7 —
【0 崔元 靖 ,民 . 变权材料研究 展进【 .导 ,报 21(602. .1 l 王 】光折J 料材 2】 ,01)1— 5 0 [ 1l】唐见茂. 育 新新材料 产业兴 抢 占未 科来 技高点[ 制. 培 J国材料中进 ,00展 2()5— 9] 12 92,6 5:
.【 1】姜2晶, 吴志,明 王, 涛命革性的材新料—黑—[ 硅. 等.J 料导报材,002( 12) 61 ] 1 ,244 2—:2 .
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