Mae LED traddodiadol wedi chwyldroi maes goleuo ac arddangos oherwydd eu perfformiad uwch o ran effeithlonrwydd, sefydlogrwydd a maint dyfais. Mae LEDs fel arfer yn bentyrrau o ffilmiau lled-ddargludyddion tenau gyda dimensiynau ochrol o filimetrau, yn llawer llai na dyfeisiau traddodiadol fel bylbiau gwynias a thiwbiau catod. Fodd bynnag, mae angen LEDau o faint micron neu lai ar gyfer cymwysiadau optoelectroneg sy'n dod i'r amlwg, fel realiti rhithwir a realiti estynedig. Y gobaith yw bod LED ar raddfa micro-neu submicron (µleds) yn parhau i fod â llawer o'r rhinweddau uwchraddol sydd gan LEDs traddodiadol eisoes, megis allyriadau sefydlog iawn, effeithlonrwydd a disgleirdeb uchel, defnydd pŵer isel iawn, ac allyriadau lliw llawn, tra bod tua miliwn o weithiau'n llai o ran arwynebedd, gan ganiatáu ar gyfer arddangosfeydd mwy cryno. Gallai sglodion dan arweiniad o'r fath hefyd baratoi'r ffordd ar gyfer cylchedau ffotonig mwy pwerus os gellir eu tyfu sglodion sengl ar Si a'u hintegreiddio ag electroneg metel ocsid lled-ddargludyddion cyflenwol (CMOS).
Fodd bynnag, hyd yn hyn, mae µlleds o'r fath wedi parhau i fod yn anodd dod o hyd iddynt, yn enwedig yn yr ystod tonfedd allyriadau gwyrdd i goch. Mae’r dull traddodiadol dan arweiniad µ yn broses o’r brig i lawr lle mae ffilmiau ffynnon cwantwm (QW) InGaN yn cael eu hysgythru i ddyfeisiau micro-raddfa trwy broses ysgythru. Er bod tio2 µleds ffilm tenau sy'n seiliedig ar InGaN QW wedi denu llawer o sylw oherwydd llawer o briodweddau rhagorol InGaN, megis cludiant cludwyr effeithlon a thiwnedd tonfeddi trwy'r ystod weladwy, hyd yn hyn maent wedi cael eu plagio gan faterion megis wal ochr. difrod cyrydiad sy'n gwaethygu wrth i faint dyfais grebachu. Yn ogystal, oherwydd bodolaeth meysydd polareiddio, mae ganddynt ansefydlogrwydd tonfedd / lliw. Ar gyfer y broblem hon, mae InGaN nad yw'n begynol a lled-begynol a datrysiadau ceudod grisial ffotonig wedi'u cynnig, ond nid ydynt yn foddhaol ar hyn o bryd.
Mewn papur newydd a gyhoeddwyd yn Light Science and Applications, mae ymchwilwyr dan arweiniad Zetian Mi, athro ym Mhrifysgol Michigan, Annabel, wedi datblygu LED gwyrdd ar raddfa submicron iii - nitrid sy'n goresgyn y rhwystrau hyn unwaith ac am byth. Cafodd y µleds hyn eu syntheseiddio gan epitacsi pelydr moleciwlaidd rhanbarthol dethol gyda chymorth plasma. Mewn cyferbyniad llwyr â'r dull traddodiadol o'r brig i lawr, mae'r µled yma yn cynnwys amrywiaeth o nanowires, pob un yn ddim ond 100 i 200 nm mewn diamedr, wedi'u gwahanu gan ddegau o nanometrau. Mae'r dull hwn o'r gwaelod i fyny yn ei hanfod yn osgoi difrod cyrydiad wal ochrol.
Mae'r rhan o'r ddyfais sy'n allyrru golau, a elwir hefyd yn rhanbarth gweithredol, yn cynnwys strwythurau ffynnon cwantwm lluosog cragen graidd (MQW) a nodweddir gan morffoleg nanowire. Yn benodol, mae'r MQW yn cynnwys ffynnon InGaN a rhwystr AlGaN. Oherwydd gwahaniaethau mewn mudo atom arsugnedig o elfennau Grŵp III indium, gallium ac alwminiwm ar y waliau ochr, canfuom fod indium ar goll ar waliau ochr y nanowires, lle roedd cragen GaN/AlGaN yn lapio'r craidd MQW fel burrito. Canfu'r ymchwilwyr fod cynnwys Al y gragen GaN / AlGaN hwn wedi gostwng yn raddol o ochr pigiad electron y nanowires i ochr pigiad twll. Oherwydd y gwahaniaeth ym meysydd polareiddio mewnol GaN ac AlN, mae graddiant cyfaint o'r fath o gynnwys Al yn haen AlGaN yn achosi electronau rhydd, sy'n hawdd eu llifo i'r craidd MQW a lleddfu'r ansefydlogrwydd lliw trwy leihau'r maes polareiddio.
Mewn gwirionedd, mae'r ymchwilwyr wedi canfod, ar gyfer dyfeisiau llai nag un micron mewn diamedr, bod tonfedd brig electroluminescence, neu allyriadau golau a achosir gan gerrynt, yn aros yn gyson ar drefn maint y newid yn y pigiad cerrynt. Yn ogystal, mae tîm yr Athro Mi eisoes wedi datblygu dull o dyfu haenau GaN o ansawdd uchel ar silicon i dyfu gwifrau nanowire ar silicon. Felly, mae µled yn eistedd ar swbstrad Si yn barod i'w integreiddio ag electroneg CMOS arall.
Mae gan hwn µled yn hawdd lawer o gymwysiadau posibl. Bydd llwyfan y ddyfais yn dod yn fwy cadarn wrth i donfedd allyriadau'r arddangosfa RGB integredig ar y sglodion ehangu i goch.
Amser postio: Ionawr-10-2023