黑科技：利用单层半导体制成超薄LEDs

2015年，加州大学柏克莱分校（UC Berkeley）电机工程及计算机科学学院的Ali Javey教授，于科学期刊（Science）发表了一篇论文，揭示了利用单层半导体（monolayer semiconductor）制成超薄LEDs的可能性。但当时的技术，若将单层半导体的尺寸扩大，其厚度也会同时增加，真正应用有限。而日前，其团队表示已成功制成能扩展长与宽同时而不影响厚度，且仅有三个原子厚的LEDs 。新的研究结果已发表于《自然通讯》期刊（ Nature Communications ）上。 LEDs当对LEDs施加电压时，电子会达到激发态（excited state），然后当其在接触点与电洞相遇时，会衰变回到基态（ground state），同时将能量以光的形式释放出来。这便是LEDs的运作方式。

因此，在提升LEDs发光效率上最困难的问题在于，如何让自由电子与电洞更有效率的接触。尤其是当半导体的尺寸仅有单层厚时，其中可以运用的材料并不多，使得难度更加提高。 单层半导体而研究人员以过渡金属二硫属化物（Transition-metal dichalcogenides ，简称TMDCs）制成单层半导体，此种材料具有类似于石墨烯的半导体特性，被认为是下一代的重要光电材料。然后于半导体的上下放置闸极（Gate）及源极（Source）制成LEDs ，当交流电在闸极与源极间接通时，自由电子与电洞会同时出现于在中间的单层半导体，进而使其将能量以光释放出来。

▲ 此LEDs的构型。（图：Ali Javey ）

未来发展目前此LEDs仍有许多地方需要持续改进，尤其其能源效率目前仅有1%，远不及市售的的25～30%。但如同其研究团队中的博士后研究员Der-Hsien Lien 所说：“此材料相当的薄且具有弹性，因此可以制成透明且应用于弯曲表面上”。目前透明显示器已成为科技界的新目标，此研究结果将会有相当大的影响。此外，目前已有研究透过化学气相沉积法（chemical vapor deposition）大量制成高质量的TMDCs，因此有望借由其特性解决目前集成电路面临的物理极限问题。