Traditsioonilised LED-id on oma suurepärase jõudluse tõttu efektiivsuse, stabiilsuse ja seadme suuruse osas valgustus- ja ekraanivaldkonnas revolutsiooni teinud. LED-id on tavaliselt õhukeste pooljuhtkilede virnad, mille külgmõõtmed on millimeetrites, mis on palju väiksemad kui traditsioonilistel seadmetel, näiteks hõõglampidel ja katoodlambidel. Kuid tekkivad optoelektroonilised rakendused, näiteks virtuaalne ja liitreaalsus, vajavad mikroni või väiksema suurusega LED-e. Loodetavasti on mikro- või submikroni skaalal LED-idel (µLED-idel) jätkuvalt palju traditsiooniliste LED-ide suurepäraseid omadusi, nagu väga stabiilne emissioon, kõrge efektiivsus ja heledus, ülimadal energiatarve ja täisvärviline emissioon, samal ajal kui need on umbes miljon korda väiksema pindalaga, võimaldades kompaktsemaid ekraane. Sellised LED-kiibid võivad sillutada teed ka võimsamatele footonahelatele, kui neid saab kasvatada ühekiibilise räni baasil ja integreerida komplementaarse metalloksiidpooljuhtide (CMOS) elektroonikaga.
Siiski on sellised µLED-id seni jäänud raskesti leitavaks, eriti rohelisest punaseni emissioonlainepikkuste vahemikus. Traditsiooniline µ-LED-meetod on ülalt-alla protsess, mille käigus söövitatakse InGaN-i kvantkaevude (QW) kiled söövitusprotsessi abil mikroskaala seadmetesse. Kuigi õhukese kilega InGaN QW-põhised tio2 µLED-id on pälvinud palju tähelepanu tänu paljudele InGaN-i suurepärastele omadustele, nagu efektiivne laengukandjate transport ja lainepikkuse häälestatavus kogu nähtava valguse vahemikus, on neid seni kimbutanud sellised probleemid nagu külgseinte korrosioonikahjustused, mis süvenevad seadme suuruse vähenedes. Lisaks on neil polarisatsiooniväljade olemasolu tõttu lainepikkuse/värvi ebastabiilsus. Selle probleemi lahendamiseks on pakutud välja mittepolaarseid ja poolpolaarseid InGaN-i ning footonkristallõõnsuste lahendusi, kuid need ei ole praegu rahuldavad.
Ajakirjas Light Science and Applications avaldatud uues artiklis on Michigani ülikooli professori Annabeli Zetian Mi juhitud teadlased välja töötanud submikronilise skaalaga rohelise LED-iii-nitriidi, mis need takistused lõplikult ületab. Need µLED-id sünteesiti selektiivse regionaalse plasma abil toimuva molekulaarkiire epitaksia abil. Teravas vastuolus traditsioonilise ülalt-alla lähenemisviisiga koosneb siinne µLED nanotraatide massiivist, mille läbimõõt on vaid 100–200 nm ja mis on eraldatud kümnete nanomeetritega. See alt-üles lähenemisviis väldib sisuliselt külgseina korrosioonikahjustusi.
Seadme valgust kiirgav osa, tuntud ka kui aktiivne piirkond, koosneb südamiku-kesta mitmekordse kvantkaevu (MQW) struktuuridest, mida iseloomustab nanotraadi morfoloogia. Täpsemalt koosneb MQW InGaN kaevust ja AlGaN barjäärist. Tulenevalt III rühma elementide indiumi, galliumi ja alumiiniumi adsorbeeritud aatomite migratsiooni erinevustest külgseintel leidsime, et indium puudus nanotraatide külgseintel, kus GaN/AlGaN kest mässis MQW südamikku nagu burrito. Teadlased leidsid, et selle GaN/AlGaN kesta Al-sisaldus vähenes järk-järgult nanotraatide elektronide süstimise poolelt augu süstimise poolele. GaN-i ja AlN-i sisemiste polarisatsiooniväljade erinevuse tõttu indutseerib selline Al-sisalduse mahugradient AlGaN kihis vabu elektrone, mis voolavad kergesti MQW südamikku ja leevendavad värvi ebastabiilsust polarisatsioonivälja vähendamise kaudu.
Tegelikult on teadlased leidnud, et seadmete puhul, mille läbimõõt on alla ühe mikroni, jääb elektroluminestsentsi ehk voolust indutseeritud valgusemissiooni tipplainepikkus konstantseks voolu sissepritse muutuse suurusjärgu võrra. Lisaks on professor Mi meeskond varem välja töötanud meetodi kvaliteetsete GaN-katete kasvatamiseks ränile, et kasvatada nanotraat-LED-e ränile. Seega asetseb µ-LED ränialuspinnal, mis on valmis integreerimiseks teiste CMOS-elektroonikaseadmetega.
Sellel µLED-il on palju potentsiaalseid rakendusi. Seadme platvorm muutub vastupidavamaks, kui kiibile integreeritud RGB-ekraani emissioonlainepikkus laieneb punaseks.
Postituse aeg: 10. jaanuar 2023