美國風險企業應用等離子公司（Applied Plasmon）日前開發出了尺寸不足10μm的可發光微小真空管。利用電子與電磁波共振的表面等離子體現象而實現。本公司最初設想作為可集成于IC的發光元件應用于芯片間的光布線和服務器通信。

在數十THz以上超高速下工作

　　盡管外形尺寸和發光原理不同，但這種發光元件的結構卻與向水銀氣體照射電子束使之發光的熒光燈十分類似。具體來說，就是在內部呈真空狀態的微細封裝中配備稱為“納米天線”的元件，由陰極向它放射能量約20keV的電子束使之發光（圖1）。

　　納米天線利用光刻技術按一定間隔在硅芯片表面上形成多列突起，并利用電場電鍍法鍍上一層銀（圖2）。據應用等離子公司表示，只要向它照射電子束，在銀和硅的交界處就會產生電子壓縮波（表面等離子體），由此即可放射電磁波（圖2）。

　　不過，與過去的真空管和熒光燈不同的是，此次的發光元件非常小，“比如，封裝的外形尺寸只有10μm×10μm×0.5μm”（該公司市場開發經理、副總裁Henry Davis），而且可在超高速下工作，“自數十THz起，從理論來講最高可達到750THz”（Henry Davis）。

　　對于利用表面等離子體的技術，目前正在進行各種應用研究。比如，FDK已經開發出體積只有過去數百分之一的折射率傳感器。NEC正在作為超小型硅光敏二極管的受光天線進行研發。不過，大多都是作為高靈敏度傳感器來使用，作為發光元件的研究成果，迄今只有日本東北大學電氣通信研究所教授尾辻泰一正在開發的等離子共振光混合器。

圖1：通過電子束和納米天線表面的電子相互作用，放射電磁波

圖2：納米天線的SEM（掃描電子顯微鏡）照片。高約100nm的突起大約以0.2μm的間隔排列

“不再需要帶隙”

　　與發光二極管（LED）和半導體激光元件等相比，本發光元件的優點是（1）從遠紅外到紫外光，可選擇多種發光波長；（2）發光效率非常高，為LED的數倍。

　　據應用等離子公司稱，主要由納米天線的突起間隔和排列方式決定發光波長。“甚至能令一個納米天線以多種波長進行發光”（應用等離子公司）。而決定LED和半導體激光元件發光波長的半導體帶隙，只能通過改變半導體組成才能改變。比如，其組成僅限于GaAs、GaN、 AlN，即III-V族等元素組合。“我們的PED（plasmon enabled devices）從帶隙中解放出來了”（應用等離子公司）。

　　發光效率高是因為和金屬與半導體中的電子不同，真空條件下電阻低。“這種方式下的發光效率取決于有多少電子被捕捉到納米天線上”（應用等離子公司）。

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