專利名稱：電光轉(zhuǎn)換元件及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電光轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電光轉(zhuǎn)換元件及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
電光轉(zhuǎn)換技術(shù)最普通的應(yīng)用就是電氣照明，同時在信號的傳輸、處理、顯示等方面也被廣泛應(yīng)用。隨著電子技術(shù)和計算機(jī)應(yīng)用及新材料科學(xué)的發(fā)展，電光轉(zhuǎn)換技術(shù)正日益深入社會生活的各個領(lǐng)域，并在逐步改善和改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。傳統(tǒng)的LED電光轉(zhuǎn)換元件，只能應(yīng)用于照明以及顯示領(lǐng)域。人們希望能夠通過轉(zhuǎn)換思路提供一種全新的電光轉(zhuǎn)換元件。在電光轉(zhuǎn)換元件一個顯著的應(yīng)用場合中，人們將電光轉(zhuǎn)換元件應(yīng)用在數(shù)據(jù)傳輸過程中，將電信號轉(zhuǎn)為光信號進(jìn)行傳輸，大大改善集成電路的性能，提高傳輸速度。與電互連相比，光互連具有高帶寬、低損耗、無串?dāng)_和匹配及電磁兼容等問題。在光互聯(lián)系統(tǒng)中，通常包括電信號存儲并轉(zhuǎn)化為光信號以及將光信號重新轉(zhuǎn)化為電信號兩大部分。其中，需要至少兩個不同的器件分別完成信號存儲以及信號轉(zhuǎn)化。這對于光互聯(lián)系統(tǒng)中器件的集成是非常不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新穎的電光轉(zhuǎn)換元件，其能夠?qū)㈦妷盒盘栟D(zhuǎn)換為光信號。本發(fā)明的目的還在于提供該電光轉(zhuǎn)換元件的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電光轉(zhuǎn)換元件，用于將電壓信號轉(zhuǎn)換為光信號，包括:由氧化硅構(gòu)成的氧化硅層；設(shè)置在所述氧化硅層上的兩個相鄰的薄膜帶，兩個薄膜帶之間具有納米間隙，所述薄膜帶的材料的熔點(diǎn)高于所述氧化硅的熔點(diǎn)；其中，所述兩個薄膜帶和所述納米間隙是通過向設(shè)置在所述氧化硅層上的一連續(xù)薄膜帶施加擊穿電壓使得所述連續(xù)薄膜帶被擊穿而形成的；以及分別設(shè)置在所述兩個薄膜帶上的兩個電極；其中，在工作時，在所述兩個電極上施加預(yù)定電壓，使得所述電光轉(zhuǎn)換元件發(fā)光。在一種實(shí)施方式中，所述薄膜帶的材料可以為石墨烯，碳納米管或非晶碳。在一種實(shí)施方式中，所述氧化硅層的厚度不小于40nm ;和/或所述薄膜帶的厚度可以在2_20nm之間；和/或所述納米間隙的寬度可以在30-150nm之間，優(yōu)選在30-1OOnm之間。在一種實(shí) 施方式中，還可以包括非氧化硅基底，所述非氧化硅基底設(shè)置在所述氧化硅層的與所述薄膜帶相反的一側(cè)；優(yōu)選地，所述氧化硅層為設(shè)置在所述非氧化硅基底上的氧化硅鍍膜。在一種實(shí)施方式中，所述預(yù)定電壓可以包括第一預(yù)定電壓和與所述第一預(yù)定電壓不同的第二預(yù)定電壓；其中，當(dāng)向所述兩個電極施加第一預(yù)定電壓時，所述電光轉(zhuǎn)換元件發(fā)射第一波長的光；向所述兩個電極施加第二預(yù)定電壓時，所述電光轉(zhuǎn)換兀件發(fā)射第二波長的光。在一種實(shí)施方式中，所述氧化硅層和/或所述非氧化硅基底和/或所述電極可以由透明材料形成；和/或所述氧化硅層和/或所述非氧化硅基底和/或所述電極可以由柔性材料形成?；谇笆鲭姽廪D(zhuǎn)換元件，本發(fā)明提供了其作為光源、光脈沖發(fā)生器、顯示器、環(huán)境指示器以及光信號發(fā)生器的應(yīng)用。本發(fā)明提供的光源，可以包括前述的電光轉(zhuǎn)換元件。本發(fā)明提供的光脈沖發(fā)生器，可以包括電脈沖發(fā)生器，以及前述的電光轉(zhuǎn)換元件；所述電脈沖發(fā)生器用于產(chǎn)生電壓脈沖信號；所述電光轉(zhuǎn)換元件接收所述電壓脈沖信號，并產(chǎn)生與所述電壓脈沖信號相對應(yīng)的光信號。本發(fā)明提供的顯示器，可以包括由多個顯示單元構(gòu)成的陣列，每一所述顯示單元由前述的電光轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成。本發(fā)明提供的環(huán)境指示器，可以包括環(huán)境傳感器，以及前述的電光轉(zhuǎn)換元件；所述環(huán)境傳感器用于檢測環(huán)境信息，并將所述環(huán)境信息以電壓信號的方式輸出；所述電光轉(zhuǎn)換元件接收所述電壓信號，并產(chǎn)生與所述電壓信號相對應(yīng)的光信號。

本發(fā)明提供的光信號發(fā)生器，可以包括電信號發(fā)生器，以及前述的電光轉(zhuǎn)換元件；所述電信號發(fā)生器用于產(chǎn)生具有邏輯狀態(tài)的電壓信號；所述電光轉(zhuǎn)換元件接收所述電壓信號，并產(chǎn)生與所述電壓信號相對應(yīng)的光信號。本發(fā)明實(shí)施例至少存在以下技術(shù)效果:I)電光轉(zhuǎn)換元件加工簡單，成本低廉，納米間隙尺寸可調(diào)，器件結(jié)構(gòu)可靠，性能穩(wěn)定。與半導(dǎo)體工藝兼容，可大規(guī)模生產(chǎn)。2 )本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件能夠同時實(shí)現(xiàn)發(fā)光和存儲，并通過電壓調(diào)制電阻從而調(diào)制發(fā)光，可以用于開發(fā)新型多功能納米光電器件。3)本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件可以用于作為原型器件開發(fā)具備存儲功能的光源，顯示器，光脈沖發(fā)生器，環(huán)境指示器，光信號發(fā)生器等。有利于實(shí)現(xiàn)器件集成化。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明電光轉(zhuǎn)換元件加工流程示意圖。圖4 (a)和(b)分別示出了本發(fā)明實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件的電阻態(tài)轉(zhuǎn)變掃描電流-電壓曲線圖以及保持時間特性。圖5 (a)和(b)分別為本發(fā)明實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件的電致發(fā)光特性測量示意圖以及發(fā)射光照片。圖6 (a)和(b)分別為本發(fā)明實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件的高、低阻態(tài)及對應(yīng)光譜圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件的發(fā)光穩(wěn)定性測試圖。圖8 (a)和(b)分別為對本發(fā)明實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件施加的一系列電脈沖圖像以及得到一系列光脈沖圖像。圖9為采用本發(fā)明實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件作為顯示器的顯示單元顯示字母“N”。圖10為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)境指示器的工作示意圖。圖11 (a)和(b)分別為對本發(fā)明實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件施加的一系列具有邏輯狀態(tài)的電信號以及收到的具有相同邏輯狀態(tài)的光發(fā)射信號的示意圖。圖12為將本發(fā)明實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件用于電-光信息傳輸領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1示出了本發(fā)明一個實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件包括:氧化硅層3，設(shè)置在氧化硅層3上的兩個相鄰的薄膜帶2，以及分別設(shè)置在兩個薄膜帶2上的兩個電極I。在該實(shí)施例中，氧化硅層3為可以由氧化硅構(gòu)成或主要含有氧化硅。兩個薄膜帶2之間具有納米間隙(圖1中未示出，可參見圖5 (a)中所示的納米間隙503)。在這里,薄膜帶的材料的熔點(diǎn)高于氧化娃的熔點(diǎn)，兩個薄膜帶2和納米間隙是通過向設(shè)置在氧化硅層3上的連續(xù)薄膜層施加擊穿電壓使得該連續(xù)薄膜層被擊穿形成。工作時，在兩個 電極I上施加電壓，電光轉(zhuǎn)換元件發(fā)光。在這里，納米間隙是指寬度基本上為納米尺度的間隙，例如，該納米間隙的寬度可以在30-150nm之間，可選地，該寬度可以在30-100nm之間。納米間隙的大小可以通過改變所施加擊穿電壓的大小以及施加擊穿電壓的時間來調(diào)節(jié)。薄膜帶的材料可以選自石墨烯，碳納米管以及非晶碳中的一種。在一個實(shí)施例中，也可以選取金屬，如金。薄膜的厚度可以在2-20nm之間。圖2示出了本發(fā)明另一個實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)示意圖。與圖1所示實(shí)施例不同之處在于，圖2所示的實(shí)施例還包括設(shè)置在氧化硅層3的與薄膜帶2相反的一側(cè)的非氧化硅基底4。氧化硅層3可以為設(shè)置在非氧化硅基底4上的氧化硅鍍膜。在該實(shí)施例中，氧化硅層3的厚度不小于40nm。在其他的實(shí)施例中，可以選取透明非氧化硅基底和/或透明氧化硅層和/或透明電極來制備透明的電光轉(zhuǎn)換元件，以使得電光轉(zhuǎn)換元件具有美觀時尚的外形。如透明非氧化硅基底可以選取PET，PES，藍(lán)寶石。透明氧化硅層可以選為石英晶體，石英玻璃或氧化硅鍍膜。透明電極可以選取石墨烯薄膜，碳納米管，11'0，？1'0^20，包含11、21'、41、5^0、0、Nb、Hf、N1、Co、Fe、Pd、Ag、Au、Pt的耐熱性好的透明導(dǎo)電氧化物和氮化物。也可以選取柔性非氧化硅基底和/或柔性氧化硅層和/或柔性電極來制備柔性的電光轉(zhuǎn)換元件，以使得電光轉(zhuǎn)換元件在設(shè)計方面或使用方面給人們帶來極大地便利。如柔性非氧化硅基底可以選取PET，PES;柔性氧化硅層可以選為氧化硅鍍膜。柔性電極可以選取石墨烯薄膜、碳納米管、Pt\T1、Au\T1、T1、W、Ta、Al、Cu或Ag。也可以選取兼具透明及柔性的非氧化硅基底和/或氧化硅層和/或電極，使得電光轉(zhuǎn)換元件兼具透明及柔性特性。下面結(jié)合圖3描述本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件的制備工藝。步驟301:非氧化硅基底選為厚度為500 μ m的硅基底，在硅基底上鍍有300nm厚的氧化硅層，然后通過等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法將納米石墨烯直接沉積到氧化硅層表面形成連續(xù)的薄膜帶。具體生長條件為:溫度525°C，甲烷氣體流量30SCCM，壓強(qiáng)0.2Torr，等離子體功率100W，生長時間2.5小時。步驟302:將已生長納米石墨烯連續(xù)薄膜帶的氧化硅層表面旋涂5%的495PMMA光刻膠，旋涂速度為4000r/min，在180°C熱板上烘烤2min，采用電子束曝光系統(tǒng)將旋涂好膠的樣品曝光成所設(shè)計的圖案。步驟303:采用反應(yīng)離子束刻蝕將納米石墨烯薄膜帶刻蝕成所設(shè)計的圖案(圖3中為Iym寬的石墨烯條帶)，采用氣氛為氧氣，刻蝕時間為14s。步驟304:在丙酮溶液中將膠去掉。步驟305:采用步驟302的方法再次旋涂光刻膠，將樣品進(jìn)行二次套刻曝光設(shè)計好的電極結(jié)構(gòu)；然后利用電子束蒸發(fā)系統(tǒng)沉積Ti (2nm)/Au (30nm)電極。步驟306:用丙酮溶液溶脫去膠，得到兩端元件。步驟307:將此兩端元件放入真空腔內(nèi)，真空度為2 X KT4Torr，在兩個電極上施加8V擊穿電壓，元件的連續(xù)薄膜帶被軟擊穿。步驟308:在兩電極中間的石墨烯薄膜帶被軟擊穿而形成一道納米間隙，得到本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件。在步驟301中，石墨烯薄膜也可以通過化學(xué)剝離法、機(jī)械剝離法、碳化硅表面外延法、化學(xué)氣相沉積法制備。對本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行電阻、發(fā)光調(diào)制特性測試，結(jié)果如圖4所示。圖4(a)為電光轉(zhuǎn)換元件的電阻態(tài)轉(zhuǎn)變掃描1-V曲線圖。開始器件處于高阻態(tài)(圖4 (b)中下方曲線)，逐漸增大施加電壓(0-5V)，當(dāng)增大到某一閾值(圖中為3V左右)，元件的電流急劇上升，元件從高阻態(tài)翻轉(zhuǎn)到低阻態(tài)。對處于低阻態(tài)的元件再次施加電壓(0-11V)(參見圖4 (b)中上方曲線)，當(dāng)電壓增大到IOV左右時，元件電流下降，重新回到高阻態(tài)。測試發(fā)現(xiàn)，在偏壓撤去之后，元件電阻態(tài)可以保持不變，如圖4 (b)所示。首先按上述方法將元件設(shè)置處于低阻態(tài)，撤去偏壓，用IV的小電壓監(jiān)測元件電阻態(tài)隨時間的保持性，可以看到元件電阻隨時間保持不變(圖4 (b)中上方曲線)。同樣把器件設(shè)置到高阻態(tài)，元件電阻隨時間也保持不變(圖4 (b)中下方曲線)，表明該元件可以用于數(shù)據(jù)存儲。申請人:發(fā)現(xiàn)，電光轉(zhuǎn)換元件的氧化硅層對其高低電阻態(tài)起著重要的影響。在步驟307中所施加的擊穿電壓作用下，電流通過連續(xù)薄膜帶所產(chǎn)生的焦耳熱使連續(xù)薄膜帶中間出現(xiàn)一道納米裂痕(即納米間隙)，納米裂痕下面的氧化硅在焦耳熱的作用下，析出硅納米晶。硅納米晶在電阻轉(zhuǎn)變起著非常重要的作用。在電場作用下，硅納米晶會發(fā)生電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，從而在Si O SiOx之間轉(zhuǎn)變。當(dāng)析出Si納米晶形成一道近連續(xù)的導(dǎo)電通道時，器件導(dǎo)電性好，處于低阻態(tài)；當(dāng)析出的Si納米晶部分又被氧化成SiOx，近連續(xù)的導(dǎo)電通道被破壞時，器件的導(dǎo)電性不好，處于高阻態(tài)。因此，硅納米晶的形成與消失，對應(yīng)著器件電阻的低、高阻態(tài)的轉(zhuǎn)變。申請人:驚奇的發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件還具有發(fā)光性能。圖5 (a)和(b)分別為本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換 元件的電致發(fā)光特性測量示意圖以及發(fā)射光照片。在電光轉(zhuǎn)換元件的電極I上施加電壓502，位于納米間隙503上方的光探測器501探測到從納米間隙503中發(fā)射出光子504。發(fā)光照片參見圖5 (b)。圖6 (a)和(b)分別為本發(fā)明實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件的高低阻態(tài)及對應(yīng)光譜圖。從圖6可以看出，不同電阻可以發(fā)射不同波長的光，當(dāng)元件處于低阻態(tài)時，器件發(fā)射光波長為770nm，為紅光；當(dāng)元件處于高阻態(tài)時，元件發(fā)射光波長為550nm，為綠光。處于高低阻態(tài)的元件發(fā)光均為可見光，低阻態(tài)的發(fā)光強(qiáng)度比高阻態(tài)要強(qiáng)一個數(shù)量級。此外，由圖6也可以看出，當(dāng)向電光轉(zhuǎn)換元件施加5V電壓時，電光轉(zhuǎn)換元件發(fā)射波長為770nm的紅光；向電光轉(zhuǎn)換元件施加IlV電壓時，電光轉(zhuǎn)換元件發(fā)射波長為550nm的綠光。通過大量的實(shí)驗(yàn)，申請人發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象也主要?dú)w因于硅納米晶。由于量子限制效應(yīng)，硅納米晶的能帶結(jié)構(gòu)出現(xiàn)帶隙，電子-空穴復(fù)合會產(chǎn)生與帶隙能量相當(dāng)?shù)墓獍l(fā)射。高低阻態(tài)發(fā)射波長不同的光，主要和高低阻態(tài)形成硅納米晶的尺寸分布不同有關(guān)。在低阻態(tài)硅納米晶的主要分布在大于4nm的尺寸，能隙較小，所以發(fā)射能量較低的紅光；而在高阻態(tài)硅納米晶主要分布在小于3nm的尺寸，能隙較大，所以發(fā)射能量較高的綠光。圖7為本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件的發(fā)光穩(wěn)定性測試圖。從圖7可見，本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件發(fā)光強(qiáng)度較為穩(wěn)定，因此可以用作可調(diào)色光源。圖8 (a)和(b)分別為對本發(fā)明實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換元件施加的一系列電脈沖圖像以及得到一系列光脈沖圖像。從圖8可見，本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件能夠接收電壓脈沖信號，并產(chǎn)生與電壓脈沖信號周期以及相對強(qiáng)度相對應(yīng)的光脈沖信號，說明本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件可以用于光脈沖發(fā)生器。在其他的實(shí)施例中，當(dāng)電壓脈沖信號具有不同幅值時，如電壓脈沖信號具有第一電壓和第二電壓兩種幅值相互間隔設(shè)置的形式，則對應(yīng)的光脈沖信號為兩種波長間隔設(shè)置的光脈沖。從光探測器上，就會看到間隔發(fā)出的兩種顏色且強(qiáng)度不同的光脈沖。利用本發(fā)明電光轉(zhuǎn)換元件發(fā)光的特性，還可以將電光轉(zhuǎn)換元件應(yīng)用于制備顯示器，該顯示器包括由多個顯示單 元構(gòu)成的陣列，電光轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成每一個顯示單元?？梢栽陔姽廪D(zhuǎn)換元件上施加電壓，設(shè)置元件的電阻態(tài)，使其通過發(fā)光來顯示圖形。圖9為在由電光轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的陣列上顯示的字母“N”。在優(yōu)選的實(shí)施例中，選取非氧化硅基底以及氧化硅層均為透明材質(zhì)的電光轉(zhuǎn)換元件作為顯示器的顯示單元，可以用來制備透明顯示器。并且當(dāng)將該電光轉(zhuǎn)換元件的基底朝向顯示器外側(cè)面向觀察者從而作為顯示器屏幕的最外層時，特別有利于屏幕的加工。在一些高溫、有毒、輻射等特殊的高危的工作環(huán)境下，需要隨時監(jiān)測工作環(huán)境的狀態(tài)，可以將本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件用于環(huán)境監(jiān)測。如圖10所示，首先用環(huán)境傳感器檢測環(huán)境信息，將環(huán)境信息以電壓信號的形式輸出。電光轉(zhuǎn)換兀件接收該電壓信號，對應(yīng)不同的電壓信號將會產(chǎn)生相應(yīng)的高低阻態(tài)，并產(chǎn)生與電壓信號相對應(yīng)的光信號。例如，可以將環(huán)境信息分為安全態(tài)和危險態(tài)。當(dāng)環(huán)境傳感器檢測到的環(huán)境信息為安全態(tài)時，輸出第一電壓，對應(yīng)電光轉(zhuǎn)換元件的低阻態(tài)，電光轉(zhuǎn)換元件將會發(fā)出紅光；當(dāng)環(huán)境傳感器檢測到的環(huán)境信息為危險態(tài)時，輸出第二電壓，對應(yīng)電光轉(zhuǎn)換兀件的高阻態(tài)，電光轉(zhuǎn)換元件將會發(fā)出綠光。從而可以根據(jù)不同顏色的光信號，了解所測量環(huán)境的狀態(tài)。如當(dāng)電光轉(zhuǎn)換元件發(fā)射紅光時，環(huán)境處于安全態(tài)；當(dāng)電光轉(zhuǎn)換元件發(fā)射綠光時，環(huán)境處于危險態(tài)。利用本發(fā)明電光轉(zhuǎn)換元件不同阻態(tài)發(fā)射不同顏色及強(qiáng)度的光，因此可以通過所接收到光的波長和強(qiáng)度兩個方面來確定器件的電阻態(tài)。當(dāng)對電光轉(zhuǎn)換元件施加如圖11 (a)所示的一系列具有邏輯狀態(tài)的電壓信號時，電光轉(zhuǎn)換元件在不同邏輯狀態(tài)的電壓信號作用下，將會在改變自身阻態(tài)的同時，發(fā)射具有相同邏輯狀態(tài)的光信號。在一個實(shí)施例中，電信號的低脈沖代表“1”，電光轉(zhuǎn)換元件在該低脈沖作用下被設(shè)置為低阻態(tài)且同時將該低脈沖信號存儲下來，并發(fā)射波長為750nm的光脈沖，該光脈沖的強(qiáng)度很強(qiáng)。當(dāng)采用750nm光闌接收該光脈沖時，得到邏輯態(tài)“I”。相反，電信號的高脈沖代表“O”，電光轉(zhuǎn)換元件被設(shè)置為高阻態(tài)，對應(yīng)的發(fā)射波長為550nm的光脈沖，且光脈沖強(qiáng)度很弱。當(dāng)采用750nm光闌接收光時，幾乎看不到該光脈沖，為邏輯態(tài)“O”，參見圖11 (b)。利用上述的原理，本發(fā)明還可以提供一種光信號發(fā)生器，包括電信號發(fā)生器以及本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件。電信號發(fā)生器能夠產(chǎn)生具有邏輯狀態(tài)的電壓信號，從而對本發(fā)明的電光轉(zhuǎn)換元件施加一系列具有邏輯狀態(tài)的電壓信號，使之產(chǎn)生與該邏輯信號對應(yīng)的邏輯電阻態(tài)，并存儲下來，與此同時，發(fā)射出與電壓信號及存儲信號對應(yīng)的光信號?？梢酝ㄟ^光電轉(zhuǎn)換器接收此帶有邏輯狀態(tài)的光信號并轉(zhuǎn)化為與輸入邏輯態(tài)相同的電信號，從而實(shí)現(xiàn)電-光信息傳輸，如圖12所不。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電光轉(zhuǎn)換兀件,用于將電壓信號轉(zhuǎn)換為光信號,包括: 由氧化硅構(gòu)成的氧化硅層； 設(shè)置在所述氧化硅層上的兩個相鄰的薄膜帶，兩個薄膜帶之間具有納米間隙，所述薄膜帶的材料的熔點(diǎn)高于所述氧化硅的熔點(diǎn)；其中，所述兩個薄膜帶和所述納米間隙是通過向設(shè)置在所述氧化娃層上的一連續(xù)薄膜帶施加擊穿電壓使得所述連續(xù)薄膜帶被擊穿而形成的；以及 分別設(shè)置在所述兩個薄膜帶上的兩個電極； 其中，在工作時，在所述兩個電極上施加預(yù)定電壓，使得所述電光轉(zhuǎn)換元件發(fā)光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電光轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述薄膜帶的材料為石墨烯，碳納米管或非晶碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電光轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述氧化硅層的厚度不小于40nm ;和/或 所述薄膜帶的厚度在2-20nm之間；和/或 所述納米間隙的寬度在30-150nm之間，優(yōu)選在30_100nm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電光轉(zhuǎn)換兀件,其特征在于,還包括非氧化娃基底，所述非氧化硅基底設(shè)置在所述氧化硅層的與所述薄膜帶相反的一側(cè)；優(yōu)選地，所述氧化硅層為設(shè)置在所述非氧化硅基底上的氧化硅鍍膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的電光轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述預(yù)定電壓包括第一預(yù)定電壓和與所述第一預(yù)定電壓不同的第二預(yù)定電壓；其中，當(dāng)向所述兩個電極施加第一預(yù)定電壓時，所述電光轉(zhuǎn)換兀件發(fā)射第一波長的光；向所述兩個電極施加第二預(yù)定電壓時，所述電光轉(zhuǎn)換元件發(fā)射第二波長的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的電光轉(zhuǎn)換兀件,其特征在于,所述氧化娃層和/或所述非氧化硅基底和/或所述電極由透明材料形成；和/或 所述氧化硅層和/或所述非氧化硅基底和/或所述電極由柔性材料形成。
7.一種光源，包括權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的電光轉(zhuǎn)換兀件。
8.一種光脈沖發(fā)生器，包括電脈沖發(fā)生器，以及如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的電光轉(zhuǎn)換元件； 所述電脈沖發(fā)生器用于產(chǎn)生電壓脈沖信號； 所述電光轉(zhuǎn)換元件接收所述電壓脈沖信號，并產(chǎn)生與所述電壓脈沖信號相對應(yīng)的光信號。
9.一種顯示器，包括由多個顯示單元構(gòu)成的陣列，每一所述顯示單元由權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的電光轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成。
10.一種環(huán)境指示器，包括環(huán)境傳感器，以及如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的電光轉(zhuǎn)換元件； 所述環(huán)境傳感器用于檢測環(huán)境信息，并將所述環(huán)境信息以電壓信號的方式輸出； 所述電光轉(zhuǎn)換元件接收所述電壓信號，并產(chǎn) 生與所述電壓信號相對應(yīng)的光信號。
11.一種光信號發(fā)生器，包括電信號發(fā)生器，以及如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的電光轉(zhuǎn)換元件； 所述電信號發(fā)生器用于產(chǎn)生具有邏輯狀態(tài)的電壓信號；所述電光轉(zhuǎn)換元件接收所述電壓信`號，并產(chǎn)生與所述電壓信號相對應(yīng)的光信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電光轉(zhuǎn)換元件及其應(yīng)用。所述電光轉(zhuǎn)換元件用于將電壓信號轉(zhuǎn)換為光信號，包括由氧化硅構(gòu)成的氧化硅層；設(shè)置在所述氧化硅層上的兩個相鄰的薄膜帶，兩個薄膜帶之間具有納米間隙，所述薄膜帶的材料的熔點(diǎn)高于所述氧化硅的熔點(diǎn)；其中，所述兩個薄膜帶和所述納米間隙是通過向設(shè)置在所述氧化硅層上的一連續(xù)薄膜帶施加擊穿電壓使得所述連續(xù)薄膜帶被擊穿而形成的；以及分別設(shè)置在所述兩個薄膜帶上的兩個電極；其中，在工作時，在所述兩個電極上施加預(yù)定電壓，使得所述電光轉(zhuǎn)換元件發(fā)光。本發(fā)明電光轉(zhuǎn)換元件加工簡單，成本低廉，納米間隙尺寸可控，器件結(jié)構(gòu)可靠，性能穩(wěn)定。與半導(dǎo)體工藝兼容，可大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號H01L33/00GK103227257SQ201310126470
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者張廣宇, 何聰麗, 時東霞 申請人:中國科學(xué)院物理研究所