Mae LED traddodiadol wedi chwyldroi maes goleuo ac arddangos oherwydd eu perfformiad uwch o ran effeithlonrwydd, sefydlogrwydd a maint dyfais. Fel arfer, mae LEDs yn bentyrrau o ffilmiau lled-ddargludyddion tenau gyda dimensiynau ochrol o filimetrau, llawer llai na dyfeisiau traddodiadol fel bylbiau gwynias a thiwbiau catod. Fodd bynnag, mae cymwysiadau optoelectronig sy'n dod i'r amlwg, fel realiti rhithwir ac estynedig, yn gofyn am LEDs o faint micron neu lai. Y gobaith yw y bydd LED ar raddfa micro neu is-micron (µleds) yn parhau i fod â llawer o'r rhinweddau uwch sydd gan leds traddodiadol eisoes, megis allyriadau sefydlog iawn, effeithlonrwydd a disgleirdeb uchel, defnydd pŵer isel iawn, ac allyriadau lliw llawn, tra'u bod tua miliwn gwaith yn llai o ran arwynebedd, gan ganiatáu ar gyfer arddangosfeydd mwy cryno. Gallai sglodion led o'r fath hefyd baratoi'r ffordd ar gyfer cylchedau ffotonig mwy pwerus os gellir eu tyfu ar un sglodion ar Si a'u hintegreiddio ag electroneg lled-ddargludyddion ocsid metel cyflenwol (CMOS).
Fodd bynnag, hyd yn hyn, mae µleds o'r fath wedi parhau i fod yn anodd eu canfod, yn enwedig yn yr ystod tonfedd allyriadau gwyrdd i goch. Y dull µ-led led traddodiadol yw proses 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 µleds tio2 ffilm denau sy'n seiliedig ar QW InGaN wedi denu llawer o sylw oherwydd llawer o briodweddau rhagorol InGaN, megis cludo cludwyr effeithlon a thiwnadwyedd tonfedd ledled yr ystod weladwy, hyd yn hyn maent wedi cael eu plagio gan broblemau megis difrod cyrydiad wal ochr sy'n gwaethygu wrth i faint y ddyfais grebachu. Yn ogystal, oherwydd bodolaeth meysydd polareiddio, mae ganddynt ansefydlogrwydd tonfedd/lliw. Ar gyfer y broblem hon, cynigiwyd atebion ceudod crisial ffotonig ac InGaN anpolar a lled-polar, 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 iii-nitrid ar raddfa is-micron sy'n goresgyn y rhwystrau hyn unwaith ac am byth. Cafodd y µleds hyn eu syntheseiddio trwy epitacsi trawst moleciwlaidd â chymorth plasma rhanbarthol dethol. Mewn cyferbyniad llwyr â'r dull traddodiadol o'r brig i lawr, mae'r µled yma'n cynnwys arae o nanowifrau, pob un ond 100 i 200 nm mewn diamedr, wedi'u gwahanu gan ddegau o nanometrau. Mae'r dull o'r gwaelod i fyny hwn yn osgoi difrod cyrydiad waliau ochrol yn y bôn.
Mae rhan allyrru golau'r ddyfais, a elwir hefyd yn rhanbarth gweithredol, yn cynnwys strwythurau ffynnon cwantwm lluosog craidd-plisgyn (MQW) a nodweddir gan forffoleg nanowifren. Yn benodol, mae'r MQW yn cynnwys y ffynnon InGaN a'r rhwystr AlGaN. Oherwydd gwahaniaethau ym mudo atomau wedi'u hamsugno o'r elfennau Grŵp III indium, gallium ac alwminiwm ar y waliau ochr, gwelsom fod indium ar goll ar waliau ochr y nanowifrau, lle'r oedd y gragen GaN/AlGaN yn lapio craidd yr MQW fel burrito. Canfu'r ymchwilwyr fod cynnwys Al y gragen GaN/AlGaN hon wedi gostwng yn raddol o ochr chwistrellu electronau'r nanowifrau i ochr chwistrellu'r twll. Oherwydd y gwahaniaeth ym meysydd polareiddio mewnol GaN ac AlN, mae graddiant cyfaint o'r fath o gynnwys Al yn yr haen AlGaN yn ysgogi electronau rhydd, sy'n hawdd llifo i graidd yr MQW ac yn 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, fod tonfedd brig electroluminescence, neu allyriad golau a achosir gan gerrynt, yn aros yn gyson ar orchymyn maint y newid yn y chwistrelliad cerrynt. Yn ogystal, mae tîm yr Athro Mi wedi datblygu dull o dyfu haenau GaN o ansawdd uchel ar silicon i dyfu LEDs nanowifren ar silicon. Felly, mae µled yn eistedd ar swbstrad Si yn barod i'w integreiddio ag electroneg CMOS arall.
Mae gan y µled hwn lawer o gymwysiadau posibl yn hawdd. Bydd platfform y ddyfais yn dod yn fwy cadarn wrth i donfedd allyriadau'r arddangosfa RGB integredig ar y sglodion ehangu i goch.
Amser postio: 10 Ionawr 2023