本文摘要：近日，加利福尼亚大学圣地亚哥分校（UniversityofCaliforniaSanDiego）的工程师利用超强材料（metamaterials）研发降生界上首个无半导体的光控微电子器件，该电子器件仅有在低电压、较低功率激光的唤起下，导电性能比起传统减少10倍。该技术不利于生产更加慢、更高功率的微电子器件，并未来将会生产更加高效的太阳能电池板。 现有的传统微电子器件，如晶体管等，其性能最后都会受到其包含材料性能的容许。例如，半导体本身的性质容许了器件的导电性或电子流。

近日，加利福尼亚大学圣地亚哥分校（UniversityofCaliforniaSanDiego）的工程师利用超强材料（metamaterials）研发降生界上首个无半导体的光控微电子器件，该电子器件仅有在低电压、较低功率激光的唤起下，导电性能比起传统减少10倍。该技术不利于生产更加慢、更高功率的微电子器件，并未来将会生产更加高效的太阳能电池板。

　　现有的传统微电子器件，如晶体管等，其性能最后都会受到其包含材料性能的容许。例如，半导体本身的性质容许了器件的导电性或电子流。

因为半导体有所谓的带隙，这就意味著必须产生一定的外部能量来促成电子跃过带上隙。此外，电子速度也是有容许的，因为当电子通过半导体时，总是不会与半导体内部的原子再次发生互相撞击。　　UCSanDiego电气工程学教授丹西文皮珀（DanSievenpiper）率领的应用于电磁学小组（AppliedElectromagneticsGroup）探寻了利用空间自由电子替代半导体的方法来解决传统电子器件的局限性。

该研究的第一作者易卜拉辛佛拉狄（EbrahimForati）说道：并且，我们期望在微观上构建。　　然而，从材料中获释电子的过程很有挑战性。这个过程要么必须产生低电压（最少100伏特）以及大功率紫外激光，要么必须极高的温度（多达1000华氏温度），这在微米和纳米级的电子器件上是不切实际的。

　　无半导体微电子器件（左上）及其上的Au超颖表面（右上，下）的扫瞄电子显微镜（SEM）图像　　为了应付这一挑战，西文皮珀团队设计了一个可以从材料中获释电子的光电放射线微型器件，并且获释条件并没有那么严苛。　　该器件由硅片基底、二氧化硅隔层以及顶部一层称作超颖表面（metasurface）的工程表面构成。

超颖表面由平行的条状Au（金）阵列以及其上的蘑菇状Au纳米结构阵列构成。　　Au超颖表面的设计目的是，当同时产生直流低电压（高于10伏特）以及较低功率红外激光时，超颖表面不会产生具备高强度电场的热点（hotspots），这些热点的能量不足以将电子从金属中拉出来，从而获释自由电子。

　　器件测试结果显示，其导电亲率强化了10倍之多。易卜拉辛说道：这意味著可以操纵更好的自由电子。　　西文皮珀说道：当然，这并会代替所有的半导体器件，但是对于某些特定应用于来说，这有可能是最佳方案，比如高频率或高功率器件等。

　　研究者称之为，目前这个类似的Au超颖表面只是概念检验性设计，针对有所不同类型的微电子器件，还必须展开有所不同超颖表面的设计及优化。研究者称之为，下一步还须要理解这些器件的扩展性以及其性能的局限性。　　除了电子器件应用于方面，该团队还在探寻这项技术的其他应用于，例如光化学，光催化等，以期需要构建新型光伏器件或环境应用于器件。

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