Τα παραδοσιακά LED έχουν φέρει επανάσταση στον τομέα του φωτισμού και της οθόνης λόγω της ανώτερης απόδοσής τους όσον αφορά την απόδοση, τη σταθερότητα και το μέγεθος της συσκευής.Τα LED είναι συνήθως στοίβες λεπτών μεμβρανών ημιαγωγών με πλευρικές διαστάσεις χιλιοστών, πολύ μικρότερες από τις παραδοσιακές συσκευές όπως οι λαμπτήρες πυρακτώσεως και οι σωλήνες καθόδου.Ωστόσο, οι αναδυόμενες οπτοηλεκτρονικές εφαρμογές, όπως η εικονική και η επαυξημένη πραγματικότητα, απαιτούν LED μεγέθους μικρού ή μικρότερου.Η ελπίδα είναι ότι τα LED (μled) κλίμακας μικρο- ή υπομικρών θα συνεχίσουν να έχουν πολλές από τις ανώτερες ιδιότητες που έχουν ήδη τα παραδοσιακά led, όπως εξαιρετικά σταθερή εκπομπή, υψηλή απόδοση και φωτεινότητα, εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και έγχρωμη εκπομπή. ενώ είναι περίπου ένα εκατομμύριο φορές μικρότερο σε εμβαδόν, επιτρέποντας πιο συμπαγείς οθόνες.Τέτοια τσιπ led θα μπορούσαν επίσης να ανοίξουν το δρόμο για πιο ισχυρά φωτονικά κυκλώματα εάν μπορούν να αναπτυχθούν σε ένα τσιπ σε Si και να ενσωματωθούν με συμπληρωματικά ηλεκτρονικά ημιαγωγών οξειδίου μετάλλου (CMOS).
Ωστόσο, μέχρι στιγμής, τέτοια μled παρέμειναν άπιαστα, ειδικά στο εύρος μήκους κύματος εκπομπής πράσινου έως κόκκινου.Η παραδοσιακή προσέγγιση led μ-led είναι μια διαδικασία από πάνω προς τα κάτω κατά την οποία τα φιλμ κβαντικού φρεατίου InGaN (QW) χαράσσονται σε συσκευές μικροκλίμακας μέσω μιας διαδικασίας χάραξης.Ενώ τα tio2 μled με βάση το InGaN QW λεπτής μεμβράνης έχουν προσελκύσει πολλή προσοχή λόγω πολλών από τις εξαιρετικές ιδιότητες του InGaN, όπως η αποτελεσματική μεταφορά φορέα και η δυνατότητα συντονισμού μήκους κύματος σε όλο το ορατό εύρος, μέχρι τώρα έχουν μαστιστεί από ζητήματα όπως το πλευρικό τοίχωμα ζημιά από διάβρωση που επιδεινώνεται καθώς συρρικνώνεται το μέγεθος της συσκευής.Επιπλέον, λόγω της ύπαρξης πεδίων πόλωσης, έχουν αστάθεια μήκους κύματος/χρώμα.Για αυτό το πρόβλημα, έχουν προταθεί λύσεις μη πολικού και ημιπολικού InGaN και κοιλότητας φωτονικών κρυστάλλων, αλλά προς το παρόν δεν είναι ικανοποιητικές.
Σε μια νέα εργασία που δημοσιεύτηκε στο Light Science and Applications, ερευνητές με επικεφαλής τον Zetian Mi, καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Michigan, Annabel, ανέπτυξαν μια πράσινη κλίμακα LED iii – νιτρίδιο που ξεπερνά αυτά τα εμπόδια μια για πάντα.Αυτά τα μled συντέθηκαν με εκλεκτική περιφερειακή επιτραπέζια μοριακή δέσμη υποβοηθούμενη από πλάσμα.Σε πλήρη αντίθεση με την παραδοσιακή προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω, το μled εδώ αποτελείται από μια σειρά από νανοσύρματα, το καθένα με διάμετρο μόνο 100 έως 200 nm, που χωρίζονται από δεκάδες νανόμετρα.Αυτή η προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω ουσιαστικά αποφεύγει τη φθορά από τη διάβρωση των πλευρικών τοιχωμάτων.
Το τμήμα που εκπέμπει φως της συσκευής, γνωστό και ως ενεργή περιοχή, αποτελείται από δομές πολλαπλών κβαντικών φρεατίων πυρήνα-κελύφους (MQW) που χαρακτηρίζονται από μορφολογία νανοσύρματος.Συγκεκριμένα, το MQW αποτελείται από το φρεάτιο InGaN και το φράγμα AlGaN.Λόγω διαφορών στη μετανάστευση του προσροφημένου ατόμου των στοιχείων της Ομάδας III ίνδιο, γάλλιο και αλουμίνιο στα πλευρικά τοιχώματα, διαπιστώσαμε ότι το ίνδιο έλειπε στα πλευρικά τοιχώματα των νανοσυρμάτων, όπου το κέλυφος GaN/AlGaN τύλιξε τον πυρήνα MQW σαν μπουρίτο.Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η περιεκτικότητα σε Al σε αυτό το κέλυφος GaN/AlGaN μειώθηκε σταδιακά από την πλευρά της έγχυσης ηλεκτρονίων των νανοσυρμάτων στην πλευρά της έγχυσης της οπής.Λόγω της διαφοράς στα εσωτερικά πεδία πόλωσης των GaN και AlN, μια τέτοια διαβάθμιση όγκου της περιεκτικότητας σε Al στο στρώμα AlGaN επάγει ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα οποία είναι εύκολο να ρέουν στον πυρήνα MQW και ανακουφίζουν την αστάθεια χρώματος μειώνοντας το πεδίο πόλωσης.
Στην πραγματικότητα, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι για συσκευές διαμέτρου μικρότερης του ενός μικρού, το μέγιστο μήκος κύματος της ηλεκτροφωταύγειας ή η εκπομπή φωτός που προκαλείται από το ρεύμα, παραμένει σταθερό σε μια τάξη μεγέθους της αλλαγής στην έγχυση ρεύματος.Επιπλέον, η ομάδα του καθηγητή Mi έχει αναπτύξει προηγουμένως μια μέθοδο για την καλλιέργεια υψηλής ποιότητας επικαλύψεων GaN σε πυρίτιο για την ανάπτυξη νανοσυρμάτων led σε πυρίτιο.Έτσι, ένα μled κάθεται σε ένα υπόστρωμα Si έτοιμο για ενσωμάτωση με άλλα ηλεκτρονικά CMOS.
Αυτό το μled έχει εύκολα πολλές πιθανές εφαρμογές.Η πλατφόρμα της συσκευής θα γίνει πιο στιβαρή καθώς το μήκος κύματος εκπομπής της ενσωματωμένης οθόνης RGB στο τσιπ επεκτείνεται σε κόκκινο.
Ώρα δημοσίευσης: Ιαν-10-2023