Новые светодиоды на основе нанопроволоки производят в пять раз большую интенсивность света, чем обычные светодиоды

22 марта 2019 года

Специалисты Nanowire из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали ультрафиолетовые светодиоды (светодиоды) с уникальным типом оболочки, который генерирует в пять раз более высокую интенсивность света по сравнению с аналогичными светодиодами на основе более простой дизайн корпуса.

Модель светодиодного светодиода на основе нанопроволоки, показывающая добавление небольшого количества алюминия в слой оболочки (черный) направляет всю рекомбинацию электронов и дырок (пространства для электронов) в ядро ​​нанопроволоки (многоцветная область), создавая интенсивный свет. (Изображение предоставлено NIST)

Ультрафиолетовые светодиоды используются во все большем числе применений, например, для очистки воды, отверждения полимеров и медицинской дезинфекции. Микро-светодиоды также полезны для визуальных дисплеев. Сотрудники NIST проводят эксперименты со светодиодами на основе нанопроволоки для наконечников сканирующих зондов, разработанных для применения в электронике и биологии.

Инновационные, более яркие светодиоды являются результатом мастерства NIST в производстве высококачественных нанонитей из нитрида галлия (GaN). Недавно ученые провели испытания ядер нанопроволок, состоящих из GaN, легированного кремнием, который имеет дополнительные электроны, заключенные в оболочки, состоящие из GaN, легированного магнием, с избытком «дырок» для отсутствующих электронов. При соединении электрона с дыркой энергия излучается в форме света в процессе, называемом электролюминесценцией.

Команда NIST ранее установила светодиоды GaN, которые генерировали свет, когда электроны, инжектированные в слой оболочки, рекомбинировали с отверстиями. Небольшое количество алюминия добавляется в слой оболочки в новых светодиодах, что уменьшает потери от реабсорбции света и переполнения электронов.

Как сообщается в журнале Nanotechnology более яркие светодиоды изготавливаются из нанопроволоки с так называемой «p-i-n» структурой, которая представляет собой трехслойную конструкцию, которая вводит электроны и дырки в нанопроводу. Включение алюминия в оболочку помогает ограничить электроны до ядра нанопроволоки, увеличивая тем самым электролюминесценцию в пять раз.

Роль алюминия состоит в том, чтобы ввести асимметрию в электрический ток, который предотвращает протекание электронов в оболочечный слой, что снизит эффективность, и вместо этого ограничит электроны и дырки в сердечнике нанопроволоки.

Мэтт Брубейкер, первый автор исследования, NIST.

Длина тестовых структур на нанопроводах составляла около 440 нм, а толщина их оболочек составляла около 40 нм. Конечные светодиоды вместе с оболочками были почти в 10 раз больше. Ученые установили, что количество алюминия, добавляемого в изготовленные структуры, зависит от диаметра нанопроволоки.

Крис Бертнесс, который возглавляет команду, заявил, что, по крайней мере, две компании производят микро-светодиоды на основе нанопроволоки, и NIST имеет Соглашение о совместных исследованиях и разработках с одной из компаний для создания подходов с характеристиками легирующих примесей и структурных характеристик. Ученые провели предварительные обсуждения с компаниями, производящими сканирующие зонды, об использовании светодиодов NIST в наконечниках зондов, и NIST намерен вскоре представить прототип светодиодных инструментов.

Группе NIST принадлежит патент США 8,484,756 на прибор, который объединяет микроволновую сканирующую зондовую микроскопию со светодиодом для неразрушающего бесконтактного тестирования качества материала для жизненно важных полупроводниковых наноструктур, таких как транзисторные каналы и отдельные зерна в солнечных элементах. Зонд также может быть использован для биологических исследований клеточной структуры и разворачивания белка.

Source link