Licht uit silicium blijkt toch mogelijk

Samenvatting

Silicium is een halfgeleider die populair is geworden door de uitvinding van de siliciumtransistor. Helaas is silicium minder geschikt als lichtbron, dus voor het uitzenden (emissie) van lichtdeeltjes (fotonen).
 

Licht uit silicium blijkt toch mogelijk

03 dec 2010     De hele microelektronica is gebaseerd op silicium, een element dat in grote hoeveelheden op aarde voorkomt. Eén ding kan silicium echter niet goed: licht uitzenden. Daarom zijn lasers en LEDs gemaakt van zeldzamere en dus duurdere elementen, en zijn er nog geen goed werkende optoelektronische toepassingen in silicium. Daar komt nu mogelijk verandering in door onderzoek van wetenschappers bij de Universiteit van Amsterdam en het Ioffe Fysisch-Technisch Instituut in St. Petersburg in Rusland, mede mogelijk gemaakt door FOM.
Zij hebben een variant van het uitzenden van licht in silicium nanokristallen waargenomen die tot op heden door specialisten voor onmogelijk werd gehouden. De nu ontdekte vorm van lichtemissie uit silicium nanokristallen is 1000 keer hoger dan die uit silicium op zich. Een lichtbron gebaseerd op silicium zou dus toch mogelijk kunnen zijn, aldus de onderzoekers.

Silicium is een halfgeleider die populair is geworden door de uitvinding van de siliciumtransistor. Bovendien is het element zeer veel aanwezig op aarde, wat het erg aantrekkelijk maakt voor grootschalige toepassingen. Helaas is silicium minder geschikt als lichtbron, dus voor het uitzenden (emissie) van lichtdeeltjes (fotonen). De karakteristieke materiaaleigenschappen van silicium zorgen ervoor dat het overgrote deel van energie die kan worden gebruikt voor het uitzenden van fotonen, wordt omgezet in warmte. Dat is één van de redenen dat zonnecellen van silicium een laag rendement hebben. Voor het maken van een efficiënte lichtbron gebaseerd op silicium is dit natuurlijk helemaal nadelig.

Er zijn verschillende manieren om silicium zo te manipuleren dat het toch licht uitzendt. Een populaire aanpak is het bewerken van silicium tot nanokristallen, ook wel quantum dots genoemd (ze bestaan uit slechts 1.000 tot 10.000 atomen). Bij die kleine afmetingen gaan allerlei kwantumeffecten een belangrijke rol spelen. Een van de belangrijkste consequenties is dat je zo de golflengte (ofwel de kleur) van het licht dat silicium uitzendt, kunt veranderen. Normaal produceert silicium licht in het infrarood, maar naarmate je het nanokristal kleiner maakt, verschuift de golflengte van het uitgezonden licht richting blauw. Een andere belangrijke consequentie is dat er steeds efficiënter fotonen worden uitgezonden: er wordt dus meer energie omgezet in licht in plaats van warmte.

(Pieter J.T.Bruinsma, PA0PHB) 

Referenties, informatie:

FOM => nieuws bericht

lll