超材料使无需半导体的微电子学成为现实

加利福尼亚州圣地亚哥大学的工程师制造了第一个无半导体的光控微电子器件。使用超材料，工程师能够构建一个微电子器件。当使用低电压和低功率激光激活微电子器件时，器件显示出1000％的电导率增加。

该发现这项工作在11月4日发表在Nature Communications上。

研究人员说，现有微电子器件（例如晶体管）的能力最终受其构成材料（例如其半导体）性质的限制。

例如，半导体可以对器件的电导率或电子流施加限制。半导体具有所谓的带隙，意味着它们需要增加外部能量以使电子流过它们。当电子流过半导体时，电子不断地与原子碰撞，因此电子速度受到限制。

由位于加利福尼亚州圣地亚哥市的电气工程教授Dan Sievenpiper领导的应用电磁学研究小组试图通过在空间中用自由电子替代半导体来消除这些导电性的障碍。"我们想在微尺度上做到这一点，"Sievenpiper实验室前博士后研究生及本研究的第一作者Ebrahim Forati说。

然而，从材料中释放电子是具有挑战性的。它要么需要施加高电压（至少100伏特），要么需要大功率激光器或极高的温度（大于1000华氏度），这在微米和纳米级电子设备中是不可用的。

为了解决这个挑战，Sievenpiper的团队制造了一个微尺度器件，可以不需要这样的极端要求而从材料中释放电子。该器件由硅晶片顶部的一个工程表面，称为超材料表面组成，硅晶片和超材料表面之间具有一层二氧化硅。该表面由在平行金条阵列上的金蘑菇状纳米结构阵列组成。

金超材料表面是这样设计的，当施加低DC电压（低于10伏特）和低功率红外激光器时，超材料表面产生具有高强度电场的"热点"，其提供足够的能量把电子从金属材料中释放出来，进入空间。

器件上的测试显示电导率有1000％的变化。"这意味着更多的可用电子被操纵。"Ebrahim说。（工业和信息化部电子科学技术情报研究所张慧）