Физики заменили дешевым кремнием дорогие полупроводники, используемые при изготовлении мониторов

Международная команда исследователей, возглавляемая российскими учеными, разработала способ использовать наночастицы кремния вместо дорогостоящих полупроводниковых материалов, применяемых при производстве некоторых видов мониторов и других устройств оптоэлектроники. Способ, который другие исследовательские группы долго не могли обнаружить, описан учеными в статье, опубликованной в последнем номере журнала Physical Review B.

Физики МГУ имени М.В. Ломоносова поняли, как можно «заставить» наночастицы кремния светиться в ответ на облучение достаточно сильно, чтобы заменить дорогостоящие полупроводники, использующиеся для изготовления мониторов. По словам Максима Щербакова, научного сотрудника отделения радиофизики физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, разработанный учеными метод повышает эффективность фотолюминесценции наночастиц в несколько раз.

Мониторы, о которых идет речь, работают на принципе электролюминесценции, когда свет излучается в ответ на воздействие электрическим током. Однако, несмотря на то что сама по себе фотолюминесценция здесь не используется, понимание того, как усилить свечение материала, может существенно помочь при создании более эффективных электролюминесцентных приборов. Идеальными в этом смысле считаются полупроводниковые наночастицы – электроны в них ведут себя совершенно не так, как в объемном полупроводнике, и поэтому, как давно известно, являются отличными люминесцирующими объектами. Сегодня в качестве таковых используются нанокристаллы так называемых прямозонных полупроводников – арсенида галлия, фосфида индия и др. Это довольно дорого, и поэтому исследователи давно присматриваются к куда более дешевому и намного более изученному кремнию. Он тоже подходит для такого использования по всем параметрам, кроме одного – кремниевые наночастицы слишком слабо реагируют на облучение и потому для оптоэлектроники не годятся.

Эту проблему в разных лабораториях мира пытаются решить с начала 90-х годов прошлого века, но до сих пор особенного успеха в этом направлении достигнуто не было. Прорывная идея о том, как все-таки «приручить» кремний, возникла в Германии, в Университете Гётеборга. Работавший там постдок, выпускник физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова и первый автор статьи Сергей Дьяков предложил поместить массив кремниевых наночастиц в матрицу с неоднородной диэлектрической средой и покрыть эту матрицу золотыми нанополосками.

Проведенные в МГУ эксперименты с образцами «позолоченных» матриц с наночастицами кремния, изготовленных в Швеции, блистательно подтвердили теоретические предсказания, сделанные в Гётеборге — облученный ультрафиолетом кремний впервые засиял вполне ярко для того, чтобы его использовать на практике.