二維（2D）材料被預(yù)期將在國際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖（ITRS）所指的2028年矽材料末日接棒，其中最知名的就是石墨烯（graphene）；科學(xué)家們也正在研究其他“夢幻材料”，包括過渡金屬硫化物（transition metal dichalcogenides，TMD），如二硫化鉬（molybdenum disulphide，MoS2）?，F(xiàn)在又有一種新的2D材料──黑磷（black phosphorus）──被視為能解決石墨烯的一些問題。

　　黑磷沒有石墨烯的缺點──石墨烯缺乏能隙（bandgap）而且與矽不相容；與矽的相容性可望促進(jìn)矽光子元件（silicon photonics）技術(shù)的發(fā)展，屆時各種晶片是以光而非電子來傳遞數(shù)位訊號。率領(lǐng)該研究團(tuán)隊的美國明尼蘇達(dá)大學(xué)教授Mo Li表示：“我們首度證實了晶體黑磷光電探測器（photodetector）能被轉(zhuǎn)移到矽光子電路中，而且性能表現(xiàn)跟鍺（germanium）一樣好 ──這是光電探測器的黃金標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>

　　磷在自然界是一種具備高度活性反應(yīng)的物質(zhì)──這也是為何它們被用來制造火柴──不過將磷在烤箱中以精確的溫度烘烤后，它的顏色會變黑，不但性質(zhì)變得非常穩(wěn)定，還轉(zhuǎn)變成一種純晶體型態(tài)，能剝離到矽基板上。明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員使用20個單層 （monolayer）的黑磷打造第一款元件證實其光學(xué)電路，據(jù)說可達(dá)到3Gbps的通訊速度。

    高性能光電探測器僅使用幾層黑磷（紅色部分），就能感測波導(dǎo)（綠色部分）中的光；也可用石墨烯（灰色）調(diào)節(jié)其性能

　?。▉碓矗篊ollege of Science and Engineering，University of Minnesota）

　　黑磷超越石墨烯的最大優(yōu)點就在于擁有能隙，使其更容易進(jìn)行光探測；而且其能隙是可藉由在矽基板上堆疊的黑磷層數(shù)來做調(diào)節(jié)，使其能吸收可見光范圍以及通訊用紅 外線范圍的波長。此外因為黑磷是一種直接能隙（direct-band）半導(dǎo)體，也能將電子訊號轉(zhuǎn)成光；Li表示：“我們的短期目標(biāo)之一是制作黑磷電晶 體，而長期目標(biāo)則是在矽晶片中實現(xiàn)黑磷雷射元件?！?/p>

研究人員將黑磷整合到矽波導(dǎo)光干涉儀（途中的細(xì)線），以精確量測其光吸收量以及偵測其中產(chǎn)生的光電流

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　　Li 聲稱，目前正被研究中的各種2D材料里，黑磷的可調(diào)節(jié)能隙特性與其他材料也擁有的高速運作性能之間，并沒有嚴(yán)重的折衷（trade-off）問題，這使得 該種材料在上述兩個條件都是“表現(xiàn)最佳”。贊助此研究案的單位包括美國空軍科學(xué)研究所（ir Force Office of Scientific Research）以及美國國家科學(xué)基金會（NSF）。