光激勵發(fā)光元件：還可取代CMOS傳感器
在光激勵發(fā)光元件的開發(fā)方面，石墨烯比CNT領(lǐng)先一步，而且今后性能有望大幅提高。
芬蘭諾基亞2012年8月公開了采用石墨烯的光敏元件（PD）的專利（圖9）。將石墨烯FET用于像素的前置放大器。采用了發(fā)揮石墨烯光吸收率低的特點層積RGB像素的構(gòu)造。
圖9：石墨烯或?qū)⒃诠饷粼I(lǐng)域掀起革命
本圖是把石墨烯用于光敏元件的開發(fā)示例和專利示例。南洋理工大學(xué)利用自主開發(fā)的方法對石墨烯進行處理，把作為光敏元件（PD）的光增益提高到了原來的約1000倍（a）。諾基亞公開了層積石墨烯FET，檢測RGB光的PD相關(guān)的專利（b）。利用了石墨烯FET幾乎不吸收光的性質(zhì)。
新加坡南洋理工大學(xué)（NTU）開發(fā)了大幅提高石墨烯光吸收率的方法，試制了PD（圖9（a））。利用自主開發(fā)的方法使石墨烯具備帶隙，將光增益提高到了原來的石墨烯的約1000倍。從可見光到中紅外光均可受光。“已經(jīng)考慮量產(chǎn)。如果實用化，對從現(xiàn)有的數(shù)碼相機到利用紅外線的人造衛(wèi)星用攝像元件領(lǐng)域市場，都將產(chǎn)生巨大的沖擊”（NTU ）。
利用等離子體也能提高感度
還有其他方法也可以提高石墨烯的光增益。日本東北大學(xué)教授尾辻泰一等人2007年發(fā)現(xiàn)，向石墨烯照射激光器的脈沖光制作的太赫茲波區(qū)域的表面等離子體*可大幅提高光增益。IBM公司也于2013年試制了采用表面等離子體的石墨烯紅外線傳感器。
*表面等離子體＝金屬表面的電子與電磁波共振形成的疏密波。
尾辻等人還在研究通過石墨烯產(chǎn)生太赫茲波的元件（圖10）。計劃用作共振隧穿二極管（RTD），RTD向利用兩枚石墨烯夾住介電體層制作的電容器的電極加載偏壓即可產(chǎn)生太赫茲波?，F(xiàn)有的RTD采用GaAs等化合物半導(dǎo)體，而采用石墨烯可大幅簡化構(gòu)造，價格也能降低。
圖10：利用石墨烯產(chǎn)生太赫茲波的RTD正在開發(fā)中
東北大學(xué)尾辻研究室打算利用兩枚石墨烯夾住絕緣層的簡單構(gòu)造的元件，產(chǎn)生與共振隧穿二極管（RTD）相同的太赫茲波。已經(jīng)確認了“微分負載電阻”現(xiàn)象。（圖（a）由大阪大學(xué)提供）
CNT發(fā)光效率也提高至18倍
CNT最近發(fā)現(xiàn)了用作發(fā)光元件的可能性。京都大學(xué)教授松田一成的研究室開發(fā)出了通過半導(dǎo)體型把單層CNT上的激子發(fā)光效率提高到原來18倍的技術(shù)（圖11）。
圖11：CNT的發(fā)光效率提高至18倍
京都大學(xué)松田研究室公布了把CNT的發(fā)光效率提高到原來18倍的技術(shù)概要。通過設(shè)置人工缺陷捕捉以前與CNT的缺陷產(chǎn)生沖突流失的激子，提高了激子的發(fā)光效率。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)京都大學(xué)的資料制作）
通過在CNT中插入氧原子（O），設(shè)置人工缺陷，CNT上的激子*無法隨意移動。以前，很多激子都在發(fā)光前移動，與CNT上的缺陷產(chǎn)生沖突，作為熱量流失了。通過氧原子設(shè)置的人工缺陷是“為數(shù)不多的不會損壞激子的缺陷”（京都大學(xué)松田研究室副教授宮內(nèi)雄平）。
*激子＝向半導(dǎo)體照射光子等產(chǎn)生的顆粒物。由電子與空穴對構(gòu)成。電子與空穴在一定的概率下結(jié)合發(fā)光。
宮內(nèi)表示，“今后力爭使效率接近100％，實現(xiàn)單一光子發(fā)生元件等”。
金剛石半導(dǎo)體：突然達到實用化水平
碳材料之一金剛石半導(dǎo)體因具備大帶隙和高載流子遷移率，作為新一代功率半導(dǎo)體，以前就一直在推進取代真空管等的研究。但直到不久前一直存在嚴(yán)重的課題。那就是，“制作的元件的特性很快就會降低”（佐賀大學(xué)教授、綠色電子研究所所長嘉數(shù)誠，圖12）。而且存在一種奇怪的現(xiàn)象，元件特性在早晚通勤高峰時升高，在此外的其他時間降低。
圖12：功率半導(dǎo)體用金剛石的可靠性大幅提高
本圖為金剛石半導(dǎo)體的優(yōu)勢、用途以及最近大幅提高了可靠性的技術(shù)。（圖和照片由佐賀大學(xué)提供）
嘉數(shù)利用同步輻射裝置對金剛石表面進行解析發(fā)現(xiàn)，（1）表面吸附的大氣中的NO2和SO2提高了p型金剛石的載流子密度；（2）溫度上升或者在真空中，吸附物會輕松剝落注1）。
注1）以前一直認為，金剛石是通過用氫（H）終止表面的碳變成p型半導(dǎo)體的。而實際上，是氫通過吸附大氣中的NO2等變成p型的。
嘉數(shù)利用ALD*法在金剛石表面形成了Al2O3層，以防止NO2等的流失。這樣就大幅提高了特性，能夠保持與金屬相當(dāng)?shù)母咻d流子密度。“制作的金剛石FET的性能已經(jīng)達到實用化水平”（嘉數(shù)）。今后的課題是，利用CVD法制作現(xiàn)在通過高溫高壓壓縮碳制作的金剛石晶圓。據(jù)說技術(shù)方面已經(jīng)取得眉目。（作者：野澤 哲生，日經(jīng)技術(shù)在線！供稿）
*ALD（Atomic Layer Deposition）＝原子層沉積法。以一層原子為單位進行沉積的技術(shù)。特點是均勻性高。
在光激勵發(fā)光元件的開發(fā)方面，石墨烯比CNT領(lǐng)先一步，而且今后性能有望大幅提高。
芬蘭諾基亞2012年8月公開了采用石墨烯的光敏元件（PD）的專利（圖9）。將石墨烯FET用于像素的前置放大器。采用了發(fā)揮石墨烯光吸收率低的特點層積RGB像素的構(gòu)造。
本圖是把石墨烯用于光敏元件的開發(fā)示例和專利示例。南洋理工大學(xué)利用自主開發(fā)的方法對石墨烯進行處理，把作為光敏元件（PD）的光增益提高到了原來的約1000倍（a）。諾基亞公開了層積石墨烯FET，檢測RGB光的PD相關(guān)的專利（b）。利用了石墨烯FET幾乎不吸收光的性質(zhì)。
新加坡南洋理工大學(xué)（NTU）開發(fā)了大幅提高石墨烯光吸收率的方法，試制了PD（圖9（a））。利用自主開發(fā)的方法使石墨烯具備帶隙，將光增益提高到了原來的石墨烯的約1000倍。從可見光到中紅外光均可受光。“已經(jīng)考慮量產(chǎn)。如果實用化，對從現(xiàn)有的數(shù)碼相機到利用紅外線的人造衛(wèi)星用攝像元件領(lǐng)域市場，都將產(chǎn)生巨大的沖擊”（NTU ）。
利用等離子體也能提高感度
還有其他方法也可以提高石墨烯的光增益。日本東北大學(xué)教授尾辻泰一等人2007年發(fā)現(xiàn)，向石墨烯照射激光器的脈沖光制作的太赫茲波區(qū)域的表面等離子體*可大幅提高光增益。IBM公司也于2013年試制了采用表面等離子體的石墨烯紅外線傳感器。
*表面等離子體＝金屬表面的電子與電磁波共振形成的疏密波。
尾辻等人還在研究通過石墨烯產(chǎn)生太赫茲波的元件（圖10）。計劃用作共振隧穿二極管（RTD），RTD向利用兩枚石墨烯夾住介電體層制作的電容器的電極加載偏壓即可產(chǎn)生太赫茲波?，F(xiàn)有的RTD采用GaAs等化合物半導(dǎo)體，而采用石墨烯可大幅簡化構(gòu)造，價格也能降低。
東北大學(xué)尾辻研究室打算利用兩枚石墨烯夾住絕緣層的簡單構(gòu)造的元件，產(chǎn)生與共振隧穿二極管（RTD）相同的太赫茲波。已經(jīng)確認了“微分負載電阻”現(xiàn)象。（圖（a）由大阪大學(xué)提供）
CNT發(fā)光效率也提高至18倍
CNT最近發(fā)現(xiàn)了用作發(fā)光元件的可能性。京都大學(xué)教授松田一成的研究室開發(fā)出了通過半導(dǎo)體型把單層CNT上的激子發(fā)光效率提高到原來18倍的技術(shù)（圖11）。
京都大學(xué)松田研究室公布了把CNT的發(fā)光效率提高到原來18倍的技術(shù)概要。通過設(shè)置人工缺陷捕捉以前與CNT的缺陷產(chǎn)生沖突流失的激子，提高了激子的發(fā)光效率。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)京都大學(xué)的資料制作）
通過在CNT中插入氧原子（O），設(shè)置人工缺陷，CNT上的激子*無法隨意移動。以前，很多激子都在發(fā)光前移動，與CNT上的缺陷產(chǎn)生沖突，作為熱量流失了。通過氧原子設(shè)置的人工缺陷是“為數(shù)不多的不會損壞激子的缺陷”（京都大學(xué)松田研究室副教授宮內(nèi)雄平）。
*激子＝向半導(dǎo)體照射光子等產(chǎn)生的顆粒物。由電子與空穴對構(gòu)成。電子與空穴在一定的概率下結(jié)合發(fā)光。
宮內(nèi)表示，“今后力爭使效率接近100％，實現(xiàn)單一光子發(fā)生元件等”。
金剛石半導(dǎo)體：突然達到實用化水平
碳材料之一金剛石半導(dǎo)體因具備大帶隙和高載流子遷移率，作為新一代功率半導(dǎo)體，以前就一直在推進取代真空管等的研究。但直到不久前一直存在嚴(yán)重的課題。那就是，“制作的元件的特性很快就會降低”（佐賀大學(xué)教授、綠色電子研究所所長嘉數(shù)誠，圖12）。而且存在一種奇怪的現(xiàn)象，元件特性在早晚通勤高峰時升高，在此外的其他時間降低。
本圖為金剛石半導(dǎo)體的優(yōu)勢、用途以及最近大幅提高了可靠性的技術(shù)。（圖和照片由佐賀大學(xué)提供）
嘉數(shù)利用同步輻射裝置對金剛石表面進行解析發(fā)現(xiàn)，（1）表面吸附的大氣中的NO2和SO2提高了p型金剛石的載流子密度；（2）溫度上升或者在真空中，吸附物會輕松剝落注1）。
注1）以前一直認為，金剛石是通過用氫（H）終止表面的碳變成p型半導(dǎo)體的。而實際上，是氫通過吸附大氣中的NO2等變成p型的。
嘉數(shù)利用ALD*法在金剛石表面形成了Al2O3層，以防止NO2等的流失。這樣就大幅提高了特性，能夠保持與金屬相當(dāng)?shù)母咻d流子密度。“制作的金剛石FET的性能已經(jīng)達到實用化水平”（嘉數(shù)）。今后的課題是，利用CVD法制作現(xiàn)在通過高溫高壓壓縮碳制作的金剛石晶圓。據(jù)說技術(shù)方面已經(jīng)取得眉目。（作者：野澤 哲生，日經(jīng)技術(shù)在線！供稿）
*ALD（Atomic Layer Deposition）＝原子層沉積法。以一層原子為單位進行沉積的技術(shù)。特點是均勻性高。
