“震惊世界”效率提升18倍的纳米半导体…突破极限的KAIST
KAIST突破纳米半导体发光效率极限
“将原本不足1%的纳米半导体发光效率提升到了18.1%。这是迄今为止报道的基于磷化铟的‘超小型纳米半导体’中世界最高水平的成果。其意义在于，这一结果突破了几乎被认为不可能逾越的极限。”
KAIST表示，新材料工学系研究团队在教授 Jo Himchan 的带领下，开发出一项源头技术，可在原子尺度上精确调控基于纳米半导体颗粒“磷化铟（InP）”的魔术尺寸纳米晶体（Magic-Sized Clusters，MSC）表面，该消息于14日公布。
磷化铟是由铟（In）和磷（P）构成的化合物半导体材料。由于不使用镉等对环境有害的物质，被视为新一代环保半导体材料而备受关注。
本次研究聚焦的材料是超小型半导体颗粒。这种颗粒由数十个原子聚集而成，被称为“魔术尺寸纳米晶体”。理论上，由于所有颗粒具有相同的尺寸和结构，因此被认为可以发出极为纯净明亮的光。然而，受制于仅有1~2微米左右的极小尺寸以及表面微小缺陷，大部分光会消失，表现出这一局限。与理论不同，在现实中其发光效率甚至达不到1%。
为提高发光效率，此前一直采用用强腐蚀性化学物质氢氟酸（HF）刻蚀表面的方法。然而，由于反应过于剧烈，导致半导体本体受损的情况屡见不鲜。
对此，研究团队改变了研究思路。他们没有一次性刻蚀半导体，而是设计出一种能够让化学反应分阶段进行的精密控制刻蚀策略。
通过这一策略，在保持半导体形态的同时，仅选择性地去除了阻碍发光的部分表面区域。此外，在缺陷去除过程中生成的氟元素与反应溶液中的锌成分以氯化锌形式结合，从而稳定包覆裸露的纳米晶体表面。
通过这一结果，研究团队将原本不足1%的半导体发光效率提升到了18.1%。这是迄今为止报道的基于磷化铟的超小型纳米半导体中世界最高水平的成果，发光效率较以往提高了18倍以上。
本次研究的最大成果在于，提出并实证了一种能够在原子尺度上精确操控原本被认为无法处理的超小型半导体表面的策略。研究团队预计，此项技术今后不仅可广泛应用于新一代显示器领域，还将有望拓展至量子通信、红外传感器等多种尖端技术领域。
Jo 教授强调：“本次研究不仅仅是制造出更亮的半导体，更是一个案例，展示了为了获得所需性能，在原子尺度上处理表面技术的重要性。”
另一方面，本研究由KAIST新材料工学系博士课程研究生 Joo Changhyeon 和硕博连读课程研究生 Yeon Seongbeom 担任共同第一作者，Jo 教授与西班牙巴斯克材料、应用与纳米结构研究中心（BCMaterials）的 Ivan Infante 教授共同担任通讯作者。研究成果（论文）近日发表在化学领域期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society，JACS）在线版上。
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