利用飛秒雷射將玻璃變成透明半導體之研究

 

刊登日期:2024/3/12
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瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)與東京工業大學合作,成功利用飛秒雷射於二氧化碲(TeO2)玻璃表面上直接寫入光導電路,且發現在飛秒雷射照射的線路上,可精確地形成具有光導電性的碲奈米晶線,透過紫外線與可見光的照射,證實可維持數個月產生電流的光電效應。觀察此設計過程,僅需要TeO2玻璃與飛秒雷射技術便能製作光導電性半導體,無須添加其他材料。今後可望將玻璃或是玻璃窗轉換為透明的光能形成機制或光電感測器。

洛桑聯邦理工學院過去已投入飛秒技術之研究。飛秒雷射可透過「鎖模技術」等方法進行振盪,進而防止目標物受到熱損傷,或是僅在目標區域附近形成微結構,因此在超精密加工等領域的技術應用與發展持續推進。

在此次開發過程中,研究團隊關注到將具有高線性折射率與介電常數、優異紅外線透過性且光學機能性受矚目之氧化玻璃—TeO2玻璃照射飛秒雷射後的玻璃構成原子反應,而東京工業大學利用單脈衝飛秒雷射照射自行製作的TeO2玻璃,進而證實未經過熔融現象而由透過固相變態,玻璃中的Te原子轉變成半導體Te結晶。

研究團隊進一步嘗試於TeO2玻璃基板上寫入光導電路,且將簡單的線條圖案照射至直徑約1 cm的TeO2玻璃表面,Te/TeO2奈米複合材料界面處會形成線條,並發現運用紫外線至可見光範圍的光照射會產生電流。以波長400 nm、照射強度為0.07 mW/cm2測量照射結果,得到了16.55 A/W的高光電反應性與5.25×1011 Jones的光檢測結果,並證實可維持數個月。

透過此次的研究成果,確認可於TeO2玻璃表面寫入耐用的光導電路圖案,並能夠透過光照射可靠地進行發電。此外,在過程中不需要額外的材料,僅需要TeO2玻璃與飛秒雷射技術即可製作出具有活性的光導電材料。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/240214_turning-glass.html
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