Оптоэлектронный материал, устройство для его использования и способ изготовления оптоэлектронного материала

Оптоэлектронный материал, устройство для его использования и способ изготовления оптоэлектронного материала

Реферат

 

Сущность изобретения: оптоэлектронный материал содержит однородную среду с управляемой электрической характеристикой и полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы, диспергированные в упомянутой среде. Сверхмелкозернистые частицы имеют средний размер частиц 100 нм или менее, а упомянутая среда имеет специфическое сопротивление приблизительно такое же или больше, чем у полупроводниковых сверхмелкозернистых частиц. Технический результат - разработка оптоэлектронного материала, который содержит материал, запасы которого неограничены и который не загрязняет окружающую среду, и обладает свойствами, такими как спонтанное излучение света, быстрое срабатывание, возможность миниатюризации пикселя, низкие потери мощности, высокая стойкость к воздействиям окружающей среды. 15 с. и 21 з.п.ф-лы, 27 ил., 2 табл.

Изобретение относится к оптоэлектронному материалу, устройству для его использования и способу изготовления оптоэлектронного материала. Более конкретно, настоящее изобретение относится к оптоэлектронному материалу, который содержит в качестве основы полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы с управляемым размером частиц, которые изготавливаются из вещества, запасы которого неограничены и которое не загрязняет окружающую среду, и при этом превосходно согласуется с кремниевой технологией (Si)-LSI и обладает свойствами, такими как спонтанное излучение света, быстрое срабатывание, возможность миниатюризации пикселей (минимальных элементов изображения), низкие потери мощности, высокая стойкость к воздействиям окружающей среды и компоновка, не требующая сборки, и к прикладному устройству из оптоэлектронного материала и к способу изготовления оптоэлектронного материала.

Известное светоизлучающее устройство включает в себя светоизлучающий диод и устройство, использующее электролюминесценцию, которая положена в основу практического использования. Оптоэлектронные материалы, которые применяются для этих светоизлучающих устройств, являются сложными полупроводниками, по существу содержащими элемент группы III и элемент группы V (в дальнейшем упоминается как "группа III-V") Периодической таблицы, или сложными полупроводниками, по существу содержащими элемент группы II и элемент группы VI Периодической таблицы, а не кремнием (Si). Это объясняется тем, что кремний является полупроводником с непрямым переходом и с шириной запрещенной зоны 1,1 эВ, которая лежит в ближней инфракрасной области спектра, что считается невозможным для реализации светоизлучающего устройства в видимом диапазоне спектра.

C 1990 года проводятся исследования излучения света пористого Si в видимой области спектра при комнатной температуре (описанные, например, в работе L.Т. Canham, Applied Physics Letters, vol. 57, N 10, 1046 (1990). Полные энтузиазма исследования характеристик излучения в видимой области спектра при комнатной температуре проводятся с применением Si как основного материла. Большинство из этих сообщений относится к Si.

Этот пористый Si, излучающий свет, в основном получают в результате анодирования поверхности монокристаллической подложки Si в растворе, который по существу содержит фтористый водород, и вплоть до настоящего времени фотолюминесценция (PL) наблюдалась на нескольких длинах волн в диапазоне от 800 нм (красный) до 425 нм (синий). Недавно были предприняты попытки получить люминесценцию при помощи возбуждения инжекции током (электролюминесценция, EL) (например, опубликованная, не прошедшая экспертизу заявка N5-206514).

EL этого пористого кремния имеет следующие характерные свойства. (1) Спектры EL и PL показывают по существу те же самые формы спектральных линий с некоторыми различиями по интенсивности. (2) Интенсивность EL пропорциональна току инжекции в предположительно используемой на практике плотности тока инжекции. Однако необходимо отметить, что в области спектра, где плотность тока инжекции меньше, чем в предыдущей области спектра, как следует из сообщений, интенсивность EL пропорциональна квадрату тока инжекции.

Свойство (1) показывает, чтo EL и PL вызваны рекомбинацией носителей (возбужденных электронно-дырочных пар) приблизительно через те же самые уровни люминесценции, свойство (2) показывает, что генерация носителей, характерных для EL, в основном выполняется при помощи инжекции отрицательных носителей вблизи p-n перехода.

При рассмотрении механизма излучения Si, который является полупроводником с непрямым переходом, существует мнение, что правило отбора волнового числа для оптического перехода рeлаксирует в трехмерной мельчайшей структурной области порядка нанометра (нм) при пористой конфигурации, таким образом обеспечивая излучательную рекомбинацию электронно-дырочных пар, и мнение, что часто упоминаемую кольцевую окись (полисилоксан) получают на поверхности пористого Si, и новый энергетический уровень, который дает вклад в излучательную рекомбинацию, образуется на границе полисилоксан/Si. В любом случае по отношению к фотовозбуждению, по-видимому, ясно, что изменение в структуре энергетических зон (явление увеличения запрещенной зоны) вызвано квантовым эффектом удержания.

Кроме того, люминесценция от пористого Si имеет широкую полосу спектра, приблизительно 0,3 эВ или более. В этом отношении предпринимаются некоторые попытки получить структуру резонатора с использованием этого пористого Si для того, чтобы повысить интенсивность излучения в специфической области длин волн при непрерывном спектре, которое первоначально генерируется (например, L. Pavesi et al., Applied Physics Letters, vol. 67, 3280 (1995)).

В известных оптоэлектронных материалах используются сложные полупроводники, в основном содержащие элемент группы III-V или элемент группы II-VI типа с прямым переходом, однако они содержат элемент (In или подобный), запасы которого достаточно малы, и стоимость его очистки является высокой, несмотря на высокую эффективность излучения. Кроме того, до сих пор отсутствует методика нанесения мелкомасштабных рисунков для этих сложных полупроводников, используемая при изготовлении полупроводников, по сравнению с методикой нанесения мелкомасштабных рисунков для Si, что затрудняет получение мелкомасштабных образцов порядка микрона (мкм) или менее. Кроме того, элементы группы III и V служат в качестве легирующего вещества для Si и тем самым влияют на электрическую проводимость. То есть пока устройство спонтанного излучения света по существу состоит из полупроводникового материла, согласование с технологическими процессами или устройствами для технологии Si-LSI как типичного электронного устройства является плохим и по существу неосуществимым для изготовления устройства с интегральным Si и LSI. Более того, имеется существенный недостаток, заключающийся в том, что необходимо менять тип материала (то есть искать новый), и способ изготовления необходимо полностью перестраивать для того, чтобы отрегулировать длину волны излучения.

В случае пористого Si, способного излучать свет, пористый слой формируют на поверхности монокристаллической подложки Si при помощи анодирования в растворе, при этом, несмотря на то что кристаллит в пористом слое имеет высококачественную кристаллическую структуру, трудно управлять формой и размером кристалла. Особенно трудно с высокой эффективностью получить сферический кристаллит с размером частиц 5 нм или менее. Если механизм излучения видимого света материала группы IV на основе Si представляет собой квантовый эффект размера (ослабление действия правила отбора волнового числа, изменение зонной структуры благодаря квантовому эффекту удержания и т.п.), то все еще актуальным является получение сферического кристаллита с размером частиц порядка нанометра. С этой точки зрения, нельзя сказать, что методика изготовления останется оптимальной.

Также появляются большие трудности, когда намереваются продемонстрировать работу устройства отображения с использованием регулярно размещенного пористого Si на основе светоизлучающих элементов и их независимую работу. В частности, когда пористый Si непосредственно получают в подложке Si, невозможно обеспечить электрическую изоляцию между элементами. Кроме того, невозможно получить слоистую структуру с помощью другого материала, подобного прозрачному материалу, который имеет высокий коэффициент передачи в видимом диапазоне спектра.

Хотя схема размещения частиц элемента группы IV или частично окисленных частиц элемента группы IV между электродами для излучения света уже известна (например, раскрыта в опубликованной заявке JP N 7-52670), однако существует недостаток, связанный с управлением электрической характеристики и невозможностью адаптации к различным видам светоизлучающих устройств и фотодетекторов. Поэтому в современной технологии отсутствует оптоэлектронный материал, который можно было бы адаптировать к различным видам светоизлучающих устройств и фотодетекторов с возможностью управления электрическими характеристиками.

Следовательно, задачей настоящего изобретения является разработка оптоэлектронного материала, который содержит материал, запасы которого неограничены и который не загрязняет окружающую среду, и при этом прекрасно согласуется с кремниевой технологией (Si)-LSI и обладает свойствами, такими как спонтанное излучение света, быстрое срабатывание, возможность миниатюризации пикселя, низкие потери мощности, высокая стойкость к воздействиям окружающей среды и процесс компоновки, не требующей сборки, и к прикладному устройству из оптоэлектронного материала и к способу изготовления оптоэлектронного материала.

Для решения этой задачи оптоэлектронный материал согласно настоящему изобретению содержит однородную среду с управляемой электрической характеристикой и полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы, диспергированные в упомянутой среде, причем упомянутые сверхмелкозернистые частицы имеют средний размер частиц 100 нм или менее, а упомянутая среда имеет специфическое сопротивление приблизительно такое же или больше, чем у полупроводниковых сверхмелкозернистых частиц. Это позволяет получить инжекцию носителей в сверхмелкозернистых частицах или квантовое удержание носителей в сверхмелкозернистых частицах, которые в дальнейшем будут эффективно выполнены с возможностью управления.

Кроме того, предусмотрено, что расстояние между полупроводниковыми сверхмелкозернистыми частицами, диспергированными в среде, равно или больше радиуса полупроводниковых сверхмелкозернистых частиц.

Предусмотрено, что упаковочный множитель полупроводниковых сверхмелкозернистых частиц в упомянутой среде равен или меньше 30%.

Стандартная энтальпия образования среды ниже, чем у окиси элемента, образующего полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы, диспергированные в среде.

Предусматривается, что полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы, диспергированные в упомянутой среде, покрывают окисью элемента, образующего полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы.

При этом стандартная энтальпия образования упомянутой среды выше, чем у окиси полупроводниковых сверхмелкозернистых частиц, диспергированных в упомянутой среде.

Для решения поставленной задачи также предлагается оптоэлектронный материал согласно настоящему изобретению, содержащий слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, который имеет полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы со средним размером частиц 100 нм или менее, диспергированные в однородной среде с управляемой электрической характеристикой, отличающийся тем, что он содержит слои прозрачного материала, причем слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами и слои прозрачного материала поочередно расположены один на другом. Это позволяет выполнить оптоэлектронный материал, имеющий свойство повышения интенсивности специфического диапазона длин волн в непрерывном спектре, в котором детектируют или генерируют сверхмелкозернистые частицы.

Кроме того, предлагается оптоэлектронный материал, содержащий слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, который имеет полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы со средним размером частиц 100 нм или менее, диспергированные в однородной среде с управляемой электрической характеристикой, отличающийся тем, что он содержит слой с высоким отражением, выполненный на одной поверхности слоя с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, и слой с частичным отражением, выполненный на другой поверхности слоя с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами. Это позволяет сузить диапазон длин волн детектируемых и излучаемых световых пучков и может повысить интенсивность.

Предусматривается, что по меньшей мере один из слоя с частичным отражением и слоя с высоким отражением является многослойной пленкой, которая имеет два вида слоев с различными коэффициентами преломления, которые поочередно расположены один на другом.

Также предусматривается, что слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами включает многослойную пленку.

Для решения поставленной задачи также предлагается светоизлучающее устройство, содержащее слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, который имеет полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы со средним размером частиц 100 нм или менее, диспергированные в однородной среде с управляемой электрической характеристикой, и пару электродов, расположенных на и под слоем с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, отличающееся тем, что при подаче напряжения на пару электродов происходит инжекция носителей в полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы, и в результате излучательной рекомбинации электронно-дырочных пар, вызванной инжекцией носителей, возникает излучение света, при этом среда имеет специфическое сопротивление такое же или больше, чем у полупроводниковых сверхмелкозернистых частиц.

Предусматривается, что энергия световых фотонов является управляемой.

Поставленная задача также решается в светоизлучающем устройстве, содержащем слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, который имеет полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы со средним размером частиц 100 нм или менее, диспергированные в однородной среде с управляемой электрической характеристикой, отличающемся тем, что оно содержит первый электрод, выполненный на одной основной поверхности полупроводниковой подложки, слой изолятора, выполненный на другой основной поверхности упомянутой полупроводниковой подложки и имеющий отверстие для частичного облучения полупроводника, и второй электрод, выполненный на слое с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, при этом слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами находится в контакте с полупроводниковой подложкой через упомянутое отверстие.

Предусматривается, что при подаче напряжения на первый и второй электроды происходит инжекция носителей в полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы, и в результате излучательной рекомбинации электронно-дырочных пар за счет инжекции носителей возникает излучение света, причем интенсивность излучения увеличивается значительно быстрее по сравнению с пропорциональной зависимостью для тока инжекции.

Объектом изобретения является также монохромное устройство отображения, содержащее светоизлучающие элементы, каждый из которых имеет слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, имеющий полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы со средним размером частиц 100 нм или менее, диспергированные в однородной среде с управляемой электрической характеристикой, отличающееся тем, что оно содержит пару электродов, расположенных на и под слоем с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, причем светоизлучающие элементы входят в состав однородно и регулярно размещенных единичных пикселей, при этом интенсивность излучения каждого из упомянутых единичных пикселей регулируется посредством изменения тока возбуждения для светоизлучаюших элементов единичного пикселя.

Еще одним объектом изобретения является цветное устройство отображения, содержащее светоизлучающие элементы, каждый из которых имеет слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, имеющий полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы со средним размером частиц 100 нм или менее, диспергированные в однородной среде с управляемой электрической характеристикой, отличающееся тем, что оно содержит пару электродов, расположенных на и под слоем с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, причем светоизлучающие элементы входят в состав однородно и регулярно размещенных единичных пикселей, при этом единичный пиксель содержит множество светоизлучающих элементов, предназначенных для излучения света специфического цвета благодаря среднему размеру частицы или поверхностному атомному расположению сверхмелкозернистых частиц светоизлучающих элементов, причем интенсивность излучения и цвет каждого из единичных пикселей регулируется посредством изменения тока возбуждения светоизлучающих элементов единичного пикселя.

Предлагается также портативное устройство отображения, имеющее приведенное выше устройство отображения.

Объектом изобретения является также устройство отображения, надеваемое на голову, содержащее приведенное выше устройство отображения, элемент крепления для крепления упомянутого устройства отображения к голове человека, на которую надевается элемент устройства отображения, оптическую систему для получения информации, отображаемой на устройстве отображения для правого и левого глаз человека.

Предлагается также электронный словарь для отображения информации с помощью упомянутого выше устройства отображения.

Объектом изобретения является также оптоэлектронное преобразовательное устройство, содержащее слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, который имеет полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы со средним размером частиц 100 нм или менее, диспергированные в однородной среде с управляемой электрической характеристикой, и пару электродов, расположенных на и под слоем с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, причем оптоэлектронное преобразовательное устройство имеет функцию фотодетектирования, осуществляемую за счет определения изменения внутреннего сопротивления, которое возникает в результате генерации носителей, образующихся под воздействием светового излучения в слое с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами.

При этом предусматривается, что энергия детектируемых фотонов является управляемой.

Предлагается также оптоэлектронное преобразовательное устройство, содержащее слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, который имеет полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы со средним размером частиц 100 нм или менее, диспергированные в однородной среде с управляемой электрической характеристикой, и пару электродов, расположенных на и под слоем с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, при этом образуется переход Шоттки на границе между слоем с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами и электродами или p-n переход в слое с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, причем оптоэлектронное преобразовательное устройство имеет функцию фотодетектирования, осуществляемую за счет определения изменения фотоэлектродвижущей силы, которая проявляется в результате генерации носителей, образующихся под воздействием, светового излучения.

Кроме того, объектом изобретения является датчик цвета, содержащий оптоэлектронные преобразовательные слои, которые включают в себя указанные выше оптоэлектронные преобразовательные устройства, расположенные поочередно через прозрачную изоляционную пленку, причем оптоэлектронное преобразовательное устройство имеет функцию фотодетектирования в различных предварительно заданных диапазонах длин волн за счет управления энергией оптического зазора при помощи регулировки среднего размера частиц или поверхностного атомного расположения сверхмелкозернистых частиц оптоэлектронных преобразовательных элементов.

Предусматривается, что размещенные поочередно оптоэлектронные преобразовательные слои имеют различную энергию оптического зазора, и оптоэлектронные преобразовательные слои размещаются рядом с фотоэлектронной поверхностью, при этом энергия оптического зазора становится больше.

Для решения поставленной задачи предлагается также способ изготовления оптоэлектронного материала, при котором осуществляют первую операцию размещения материала мишени для размещения первого материала мишени в вакуумной реакционной камере в среде разреженного газа, находящегося при низком давлении, осуществляют операцию размещения подложки в вакуумной реакционной камере и осуществляют операцию абляции с помощью облучения лазерным лучом первого материала мишени, размещенного в первой операции размещения материала мишени для выполнения десорбции и инжекции материала мишени, посредством чего полученные сверхмелкозернистые частицы в процессе конденсации и роста материала, десорбированного и инжектированного в операции абляции, в среде разреженного газа удерживают на подложке, получая при этом оптоэлектронный материал, содержащий сверхмелкозернистые частицы.

Указанный способ дополнительно содержит операцию размещения второго материала мишени для размещения второго материала мишени в вакуумной реакционной камере, в которой размещают первый материал мишени, и по которому второй материал мишени распыляют для улавливания материала, который получают при распылении, на подложку по существу в то же самое время, как и сверхмелкозернистые частицы, полученные за счет конденсации и роста материала, который десорбируется и инжектируется в операции абляции, в среде разреженного газа улавливаются подложкой, получая таким образом оптоэлектронный материал, имеющий сверхмелкозернистые частицы, диспергированные в материале, который содержит второй материал мишени.

Кроме того, способ дополнительно содержит операцию изменения давления вводимого разреженного газа, находящегося при низком давлении, для управления средним размером сверхмелкозернистых частиц.

Способ дополнительно содержит операцию выполнения разделения по массе сверхмелкозернистых частиц, полученных в операции абляции, для управления средним размером сверхмелкозернистых частиц.

Предусматривается, что операция выполнения разделения по массе сверхмелкозернистых частиц включает в себя операцию ионизации сверхмелкозернистых частиц и операцию подачи электрического поля или магнитного поля на ионизированные сверхмелкозернистые частицы.

Кроме того, предусматривается, что материал первой мишени представляет собой смешанный материал, находящийся в смешанном кристаллическом состоянии, которое включает в себя множество видов полупроводниковых материалов.

При этом смешанный материал получают в операции смешивания при механическом смешивании множества частиц начального ряда и в операции спекания смешанных частиц с помощью горячего прессования.

Способ также дополнительно содержит операцию окисления поверхности оптоэлектронного материала, размещенного на упомянутой подложке.

Предусматривается, что в операции окисления сверхмелкозернистые частицы, которые получают в операции воздушной ассоциации, подвергают тепловой обработке в газообразной среде, содержащей кислород, посредством чего поверхности сверхмелкозернистых частиц покрываются термической окисной пленкой.

Согласно способу также тепловая обработка в неокисляющей среде при температуре выше, чем температура во время образования термической окисной пленки в операции нанесения покрытия, осуществляется перед образованием термической окисной пленки.

Для решения поставленной задачи предлагается также способ изготовления оптоэлектронного материала, содержащий операцию размещения первого материала мишени для размещения первого материала мишени в вакуумной реакционной камере в среде разреженного газа, находящегося при низком давлении, операцию размещения подложки в вакуумной реакционной камере, операцию размещения второго материала мишени для размещения второго материала мишени во второй реакционной камере в качестве изолирующего от первого материала мишени и подложки в качестве компонента среды, операцию абляции с помощью облучения лазерным лучом первого материала мишени, размещенного в операции размещения первого материала мишени, для выполнения десорбции и инжекции упомянутого материала мишени, и операцию испарения для испарения второго материала мишени, размещенного в операции размещения второго материала мишени, посредством чего материал, полученный в операции испарения на второй материал мишени, наносят на упомянутую подложку по существу в то же самое время, когда сверхмелкозернистые частицы, полученные посредством конденсации и роста материала, десорбированного и инжектированного в операции абляции на первом материале мишени, в среде разреженного газа улавливается подложкой для напыления, чтобы таким образом получить оптоэлектронный материал, имеющий сверхмелкозернистые частицы, диспергированные в материале, который содержит второй материал мишени.

Предусматривается, что операция испарения для испарения второго материала мишени включает в себя операцию абляции с помощью облучения вторым лазерным лучом второго материала мишени, выполняя при этом десорбцию и инжекцию упомянутого материала мишени.

Кроме того, предусматривается использование любых вышеупомянутых оптоэлектронных материалов для получения светоизлучающего устройства, устройства отображения или оптоэлектронного преобразовательного устройства с парой электродов, между которыми находится оптоэлектронный материал таким способом, что обеспечивается непосредственный контакт с ним, при этом соответственно можно управлять электрическим контактом между электродами и слоем оптоэлектронного материала для эффективного выполнения излучения света или функции оптоэлектронного преобразования.

Портативное устройство отображения согласно настоящему изобретению конструируется по существу с использованием устройства отображения. Эта конструкция позволяет выполнить портативное устройство отображения, которое является подходящим для уменьшения размера и веса, и имеет низкие потери мощности и высокое разрешение, и которое можно соответственно адаптировать для использования в качестве HMD или электронного словаря.

Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых фиг. 1А - 1С изображают структурные виды в поперечном сечении светоизлучающего устройства, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 2А и 2В изображают графики зависимости тока от напряжения светоизлучающего устройства; фиг. 3 изображает графики, зависимости интенсивности излучения от тока светоизлучающего устройства; фиг. 4 изображает график зависимости интенсивности излучения от скважности светоизлучающего устройства; фиг. 5 изображает график зависимости интенсивности излучения от энергии фотонов PL и EL светоизлучающего устройства; фиг. 6A,B изображает график зависимости размера сверхмелкозернистых частиц от энергии запрещенной зоны светоизлучающего устройства; фиг. 7 изображает структурный вид в поперечном сечении светоизлучающего устройства согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 8A - 8С изображают структурные схемы устройства монохромного устройства отображения согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 9 изображает упрощенную схему структуры одного пикселя цветного устройства изображения согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 10 изображает упрощенную схему основной структуры устройства портативного устройства отображения согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 11А и 11В изображают структурные виды в поперечном сечении HMD согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 12 изображает общий вид крепления HMD в виде очков; фиг. 13 изображает структурный вид в поперечном сечении HMD согласно седьмому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 14 изображает структурный вид в поперечном сечении оптоэлектронного преобразовательного устройства согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 15 изображает структурный вид в поперечном сечении оптоэлектронного преобразовательного устройства согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 16 изображает структурный вид в поперечном сечении датчика цвета согласно десятому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 17 изображает спектр поглощения каждого слоя оптоэлектронного преобразования датчика цвета; фиг. 18А и 18В изображают структурные виды в поперечном сечении оптоэлектронного материала согласно одиннадцатому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 19А и 19В изображают спектр излучения оптоэлектронного материала, показанного на фиг. 18; фиг. 20 изображает структурный вид в поперечном сечении оптоэлектронного материала согласно двенадцатому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 21А - 21С изображают пояснительные схемы операций получения смешанной мишени согласно тринадцатому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 22 изображает общую схему устройства для получения сверхмелкозернистых частиц; фиг. 23 изображает график зависимости давления разреженного газа от среднего размера сверхмелкозернистых частиц; фиг. 24 изображает общую схему устройства управления размером сверхмелкозернистых частиц; фиг. 25 изображает общую схему устройства оптоэлектронного материала согласно четырнадцатому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 26 изображает структурную схему устройства гибридного катода согласно четырнадцатому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 27 изображает структурную схему устройства композиционного осаждения для изготовления оптоэлектронного материала.

Варианты наилучшего осуществления изобретения.

Оптоэлектронный материал согласно настоящему изобретению содержит однородную среду с управляемой электрической характеристикой и полупроводниковые сверхмелкозернистые частицы, диспергированные в среде и имеющие средний размер частиц 100 нм или менее. Это позволяет получить квантовый эффект удержания сверхмелкозернистых частиц.

Предпочтительно, чтобы размер (диаметр) частиц полупроводниковых сверхмелкозернистых частиц в оптоэлектронном материале согласно настоящему изобретению или слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами был приблизительно более чем в два раза меньше длины волны де Бройля полупроводникового материала для сверхмелкозернистых частиц.

Так как оптоэлектронный материал согласно настоящему изобретению образуется при помощи диспергируюших сверхмелкозернистых частиц, которые находятся в среде, имеющей одинаковую проводимость, можно продемонстрировать, квантовый эффект удержания сверхмелкозернистых частиц без дисбаланса. Кроме того, так как сверхмелкозернистые частицы диспергируются по существу в однородную среду с управляемой проводимостью или диэлектрической постоянной, можно управлять квантовым эффектом удержания носителей в сверхмелкозернистых частицах.

Предпочтительно, чтобы среда имела специфическое сопротивление приблизительно такое же или большее, чем у сверхмелкозернистых частиц. Это позволяет получить квантовый эффект удержания носителей в сверхмелкозернистых частицах, который в дальнейшем будет эффективно продемонстрирован.

Также предпочтительно, чтобы расстояние между сверхмелкозернистыми частицами, диспергированными в среде, было равно или больше, чем радиус сверхмелкозернистых частиц. С другой стороны, упаковочный множитель сверхмелкозернистых частиц в среде может быть равен или меньше 30%. Это позволяет получить квантовый захват сверхмелкозернистых частиц, который в дальнейшем будет эффективно продемонстрирован. Если стандартная энтальпия образования среды меньше, чем у окиси сверхмелкозернистых частиц, диспергированных в среде, то сверхмелкозернистые частицы могут стабильно существовать в среде.

Кроме того, на сверхмелкозернистые частицы, диспергированные в среде, можно нанести покрытие с помощью окиси элемента, образующего сверхмелкозернистые частицы. В этом случае, даже если стандартная энтальпия образования среды выше, чем у окиси сверхмелкозернистых частиц, диспергированных в среде, то сверхмелкозернистые частицы могут стабильно существовать в среде.

Подходящим является то, что сверхмелкозернистые частицы в вышеописанных оптоэлектронных материалах содержат полупроводник группы IV. С этой структурой получают сверхмелкозернистые частицы из материла, запасы которого неограничены, который не загрязняет окружающую среду, прекрасно согласован с технологией Si-LSI, имеет высокую стойкость к воздействиям окружающей среды и процесс компоновки, не требующeй сборки. Сверхмелкозернистые частицы могут содержать сложный полупроводник группы III-V или II-VI. Кроме того, среда представляет собой соответственно тонкую пленку из прозрачного проводящего материала или диэлектрического материала.

Оптоэлектронный материал согласно настоящему изобретению характеризуется такой структурой, в которой слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами имеет сверхмелкозернистые полупроводниковые частицы со средним размером частицы 100 нм или менее, диспергированные в однородную среду с управляемой электрической характеристикой, и слои прозрачного материала являются поочередно и послойно расположены один на другом. Это позволяет увеличить интенсивность специфического диапазона длин волн в непрерывном спектре, который в основном формируется генерацией сверхмелкозернистых частиц.

Прозрачные слои соответственно получают из тонкой прозрачной проводящей пленки или диэлектрической пленки. Желательно, чтобы слой с диспергированными сверxмелкозернистыми частицами имел вышеупомянутые характеристики.

Оптоэлектронный материал согласно варианту осуществления настоящего изобретения содержит слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами со средним размером полупроводниковых сверхмелкозернистых частиц 100 нм или менее, диспергированных в однородной среде с управляемой электрической характеристикой, и слой с частичным отражением и слой с высоким отражением, выполненный на и под слоем с диспергированными мелкозернистыми частицами. Это может увеличить интенсивность специфического диапазона длин волн в непрерывном спектре, который формируется за счет генерации сверхмелкозернистых частиц. По меньшей мере один из слоев с частичным отражением и слоев с высоким отражением можно выполнить из тонкой металлической пленки.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один из слоев с частичным отражением и слоев с высоким отражением имел многослойную структуру с периодической структурой, которая по меньшей мере имеет два вида слоев с различными коэффициентами преломления, которые поочередно расположены друг на друге. Это позволяет увеличить интенсивность специфического диапазона длин волн в непрерывном спектре, который в основном образуется за счет генерации сверхмелкозернистых частиц, входящих в слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами.

С другой стороны, слой с высоким отражением можно получить из многослойной пленки, которая имеет по меньшей мере два вида слоев с различными коэффициентами преломления поочередно расположенными друг на друге, и тонкую металлическую пленку. Многослойная пленка может включать в себя слой с диспергированными сверхмелкозернистыми частицами, который имеет вышеупомянутые характеристики.

Предпочтительно, чтобы слой с диспергированными сверхмел