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偵測藍光的新利器

97/12/08 15067

蔡永彬｜臺灣大學新聞研究所

國家奈米元件實驗室研究員，同時也是交通大學光電工程學系合聘副教授謝嘉民，找到了一個控制量子點大小和分布的新方法，製造出可能是目前世界上最快的藍光偵測器。

被稱為「人造原子」（artificial atom）的量子點（quantum dot），由於體積小，具備奈米材料的既有特性，在奈米科技和積體電路上都有很大的應用潛力。

謝嘉民副教授的研究首度利用自行組裝的奈米孔洞二氧化矽當模板，搭配脈衝式高密度電漿，輔助矽（或鍺）原子層沉積技術，在模板中合成高密度三維分布的矽（或同族的鍺）奈米量子點，製造出紫外光偵測器。

至於為什麼會運用矽做材料？謝嘉民副教授解釋，矽在半導體、晶片製作上都已經有了許多成功的發展，「光偵測器」是其中一項應用。材料元件的發展越來越趨向輕薄短小的「奈米尺度」，謝副教授認為，「矽」極有可能成為下個世代的光電元件材料。

一般的矽元素不會發光。但謝副教授在研究的過程中，發現這些矽的量子點卻會發光，這個新奇的物理現象讓他相當驚訝。而運用矽量子點的技術製造光偵測器，也展現了量子點的實用性。

值得注意的是，這個「矽氧奈米材料」製造方法和現今積體電路技術中的紫外光偵測器製造方法極為類似，相容性也很高。而謝嘉民副教授研發的光偵測器，反應時間快於 10 奈秒，遠快於目前同類型的光偵測器，可以說是目前世界上紫外光－可見光範圍中最快的藍光偵測器。

這項技術的另一個特點是，它提供了一個有效率的低溫奈米製程。以往奈米光偵測器的製造技術，溫度高達攝氏 800 度至 900 度，謝嘉民副教授使用的方式，溫度可以降到攝氏 500 度，大大減低高溫下各種元件可能產生的異變或整合問題。

謝嘉民副教授預期，這項技術未來更可能推廣到太陽能電池的研發上，使奈米矽材料的應用更廣泛。

深度閱讀

Nayfeh, O.M., S. Rao, A. Smith, J. Therrien, and M.H. Nayfeh (2004) Thin film silicon nanoparticle UV photodetector. IEEE Photonics Technology Letters, 16(8), 1927 - 1929.
Shieh, J.M., Y.F. Lai, W.X. Ni, H.C. Kuo, C.Y. Fang, J.Y. Huang, and C.L. Pan (2007) Enhanced photoresponse of a metal-oxide-semiconductor photodetector with silicon nanocrystals embedded in the oxide layer. Applied Physics Lett., 90(5), 051105.1 - 051105.3.

資料來源

《科學發展》2008年12月，432期，75 ~ 76頁

量子點(7) 積體電路(26) 人造原子(2) 科發月刊(5210)

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