压力和紧张，运用得当，有时可以产生惊人的结果。
这就是由加州大学伯克利分校电子工程与计算机科学系领导的研究人员发现的一种新兴半导体材料——黑磷(BP)——用于制造两种光电器件:发光二极管(LEDs)和光探测器。
根据研究作者Ali Javey的说法，在机械压力下，BP可以被诱导发射或探测到波长范围合适的红外(IR)光，波长从2.3到5.5微米，横跨短波到中波的红外波段，并且在室温下可逆地这样做。林半导体加工研究特聘教授和电气工程教授，博士后研究员金炯镇。哈维还是劳伦斯伯克利国家实验室的资深科学家。
Javey和Kim说，他们的发现意义重大，不仅在于达到这些波长的能力，而且在于可调谐地在一个设备中做到这一点。目前的技术将需要多个庞大的设备和不同的半导体材料来实现类似的结果。
他们在《自然》杂志上描述了他们的发现。
Javey和Kim说，能够在一个设备中使用更广泛的红外光谱，可以帮助满足在光通信、热成像、 健康 监测、光谱学、化学传感等领域日益增长的应用需求。为了证明这种灵活性，研究人员使用他们的一种新设备来检测多种气体。
当柔性衬底弯曲时，柔性衬底上的黑磷发生应变。资料来源:Kim hygjin /UC Berkeley
伯克利领导的研究小组发现，在光电设备中使用薄层BP，并使其承受不同程度的应变，可在出乎意料的大范围内实现可逆可调输出波长。BP和其他半导体材料的输出波长是一种被称为带隙的特性。
光电子器件工作的光谱范围很大程度上取决于其半导体材料的带隙。对于给定的应用，可以使用不同的方法来获得所需的工作波长。例如，合金——不同成分的材料——和应变可以用来调节带隙。虽然这些方法确实有效，但它们产生的设备具有固定的工作波长。
“在我们的工作中，我们可以主动改变黑磷的带隙，这样单个光电探测器或LED就可以在大约2到5微米的范围内改变其工作波长，”Kim说。
“我们可以来回多次，只要我们想，”Kim说，基于BP的设备的可逆可调谐波长。他说，他们利用了BP的“神奇”特性，特别是它在应变下的带隙变化，比传统半导体材料观测到的要大得多。
Javey说:“这个装置本身就有创新，但是我们使用的黑磷材料也有固有的独特特性(带隙和应变敏感性)，我们将这两个关键特性结合起来。”
黑磷是一种像石墨烯一样的二维材料。在一种被称为剥离的过程中，研究人员使用透明胶带将这种材料的纳米薄层剥离，然后将其转移到柔性聚合物基底上，在这种情况下，是聚对苯二甲酸乙二醇(PETG)。
应变的应用可以主动、可逆地调制黑磷电磁波的波长和光子能量。资料来源:Kim hygjin /UC Berkeley
Kim说:“由于它具有机械灵活性，我们可以将其弯曲到所需的半径，并可控制地向BP施加应变。”即弯曲成为一个有效的调节BP带隙的旋钮。
事实上，由于它的褶皱晶格结构，金说，BP显示出独特的应变依赖性质，除了带隙，包括可调谐范德华相互作用和压电。他说，由于BP的薄膜性质，菌株可以用可逆的方式应用到BP上。
在其中一个应用中，研究人员使用了一种叫做非色散红外气体传感的技术。因为每一种气体都有自己的吸收带，也就是它在特定波长吸收的光量，一个输出波长足够的可调谐红外LED可以探测到，例如，人类呼吸排出的二氧化碳。这是因为这种气体吸收的光在4.3微米左右，在2.3到5.5微米的设备范围内。其他可调BP led可检测的气体包括甲烷和水。
BP光电探测器的一个应用可能是热成像。例如，它可以用在夜视镜中，探测任何放热热源，比如人体。这种可调谐的光电探测器将能够在红外波长范围内进行选择性热成像。
Javey说，从材料的角度来看，人们对识别这种波长范围内效率更高的新型半导体很感兴趣。“那时我们开始研究黑磷，因为我们已经知道它有一个与中波长IR重叠的带隙。从那时起，我们研究了如何使用这种材料制造高效的设备，如led和光电探测器。但这里的新特性是可调性——你可以在大波长范围内用应变主动调整设备。”
接下来，Javey说，“我认为这个设备的概念可以应用到光谱的其他部分，甚至可以制造可以在可见区域运行的设备。”例如，如果这些概念和材料能够通过微型化的机电设备以可制造、可扩展的方式结合在一起，就可以实现新型显示器。”
请参考百度百科词条“半导体器件”晶体二极管
晶体二极管的基本结构是由一块 P型半导体和一块N型半导体结合在一起形成一个 PN结。在PN结的交界面处，由于P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子要相互向对方扩散而形成一个具有空间电荷的偶极层。这偶极层阻止了空穴和电子的继续扩散而使PN结达到平衡状态。当PN结的P端（P型半导体那边）接电源的正极而另一端接负极时，空穴和电子都向偶极层流动而使偶极层变薄，电流很快上升。如果把电源的方向反过来接，则空穴和电子都背离偶极层流动而使偶极层变厚，同时电流被限制在一个很小的饱和值内(称反向饱和电流)。因此，PN结具有单向导电性。此外，PN结的偶极层还起一个电容的作用，这电容随着外加电压的变化而变化。在偶极层内部电场很强。当外加反向电压达到一定阈值时，偶极层内部会发生雪崩击穿而使电流突然增加几个数量级。利用PN结的这些特性在各种应用领域内制成的二极管有：整流二极管、检波二极管、变频二极管、变容二极管、开关二极管、稳压二极管（曾讷二极管）、崩越二极管（碰撞雪崩渡越二极管）和俘越二极管（俘获等离子体雪崩渡越时间二极管）等。此外，还有利用PN结特殊效应的隧道二极管，以及没有PN结的肖脱基二极管和耿氏二极管等。
双极型晶体管
它是由两个PN结构成，其中一个PN结称为发射结，另一个称为集电结。两个结之间的一薄层半导体材料称为基区。接在发射结一端和集电结一端的两个电极分别称为发射极和集电极。接在基区上的电极称为基极。在应用时，发射结处于正向偏置，集电极处于反向偏置。通过发射结的电流使大量的少数载流子注入到基区里，这些少数载流子靠扩散迁移到集电结而形成集电极电流，只有极少量的少数载流子在基区内复合而形成基极电流。集电极电流与基极电流之比称为共发射极电流放大系数?。在共发射极电路中，微小的基极电流变化可以控制很大的集电极电流变化，这就是双极型晶体管的电流放大效应。双极型晶体管可分为NPN型和PNP型两类。
场效应晶体管
它依靠一块薄层半导体受横向电场影响而改变其电阻（简称场效应），使具有放大信号的功能。这薄层半导体的两端接两个电极称为源和漏。控制横向电场的电极称为栅。
根据栅的结构,场效应晶体管可以分为三种：
①结型场效应管(用PN结构成栅极)；
②MOS场效应管（用金属-氧化物－半导体构成栅极,见金属－绝缘体－半导体系统）；
③MES场效应管（用金属与半导体接触构成栅极）其中MOS场效应管使用最广泛。尤其在大规模集成电路的发展中,MOS大规模集成电路具有特殊的优越性。MES场效应管一般用在GaAs微波晶体管上。
在MOS器件的基础上,最近又发展出一种电荷耦合器件 (CCD)，它是以半导体表面附近存储的电荷作为信息，控制表面附近的势阱使电荷在表面附近向某一方向转移。这种器件通常可以用作延迟线和存储器等；配上光电二极管列阵，可用作摄像管。
集成电路
把晶体二极管、三极管以及电阻电容都制作在同一块硅芯片上，称为集成电路。一块硅芯片上集成的元件数小于 100个的称为小规模集成电路，从 100个元件到1000 个元件的称为中规模集成电路，从1000 个元件到100000 个元件的称为大规模集成电路，100000 个元件以上的称为超大规模集成电路。集成电路是当前发展计算机所必需的基础电子器件。许多工业先进国家都十分重视集成电路工业的发展。近十年来集成电路的集成度以每年增加一倍的速度在增长。目前每个芯片上集成256千位的MOS随机存储器已研制成功，正在向1兆位 MOS随机存储器探索。
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