Физики разрабатывают светодиоды на основе нанопроводов с в 5 раз большей интенсивностью света

• Исследователи используют нанопровода и особую оболочку для создания ультрафиолетовых светодиодов.
• Они излучают в 5 раз более высокую интенсивность света, чем светодиоды с традиционной конструкцией корпуса.

Ультрафиолетовые светодиоды (УФ-светодиоды) используются во все большем количестве приложений, таких как очистка воды, спектроскопия, отверждение фотополимеров и медицинская дезинфекция.

Светодиоды глубокого УФ-излучения на основе нанопроволок в последнее время привлекли к себе большое внимание, поскольку они могут предоставлять новые функции, связанные с их наноразмерными размерами и дискретной природой. Например, светодиоды с одной нанопроволокой можно использовать для создания новых систем для субдифракционной оптической литографии, которые можно масштабировать до пиксельных массивов для литографии на уровне пластин.

Недавно исследователи из Национального института стандартов и технологий использовали специальный тип оболочки для разработки УФ-светодиодов на основе нанопроволоки, которые производят в 5 раз более высокую интенсивность света, чем светодиоды, основанные на традиционной конструкции оболочки.

Как они это сделали?

В последнее время команда работала над ядрами нанопроволок из нитрата галлия, легированного кремнием (содержит лишние электроны), заключенных в оболочки из нитрата галлия, легированного магнием (содержит избыточные «дыры» для недостающих электронов). Когда дырка сливается с электроном, значительное количество энергии выбрасывается в виде света; этот процесс называется электролюминесценцией.

В 2017 году они представили светодиоды из нитрата галлия, которые инжектируют электроны в слой оболочки, чтобы слиться с дырками и в конечном итоге произвести свет высокой интенсивности. Новые светодиоды работают аналогичным образом, за исключением того, что на этот раз исследователи добавили небольшое количество алюминия в слой оболочки.

Ссылка:Нанотехнологии | DOI:10.1088 / 1361-6528 / ab07ed | NIST

Алюминий сводит к минимуму потери, возникающие из-за переполнения электронов и реабсорбции света. В частности, он вносит асимметрию в электрический ток, предотвращая перемещение электронов в слой оболочки. Это ограничивает дырки и электроны сердцевиной нанопроволоки, что приводит к увеличению интенсивности света в пять раз.

Светодиод на основе нанопроводов | Добавление небольшого количества алюминия в слой оболочки (черный) ограничивает дырки и электроны в сердцевине нанопроволоки (разноцветная область), генерируя интенсивный свет | Предоставлено исследователями

Исследователи использовали так называемую структуру «p-i-n» для изготовления светодиодов из нанопроволок. Структура представляет собой трехслойную конструкцию для ввода электронов и дырок в нанопроволоку.

Чем больше диаметр нанопроволоки, тем больше алюминия можно включить в готовые конструкции. Нанопроволока, разработанная в этом исследовании, имела длину 440 нанометров и толщину оболочки 40 нанометров. В результате светодиоды были почти в 10 раз больше.

Внедрение технологии

У команды уже есть патент на устройство, которое объединяет светодиод с микроволновой сканирующей зондовой микроскопией для безопасного бесконтактного тестирования полупроводниковых наноструктур. Его также можно использовать для изучения клеточной структуры и развертывания белков.

Хотя структуры, исследованные в этой работе, нацелены на приблизительный состав, необходимый для удержания носителей, более высокая доля алюминия может помочь исследователям настроить длину волны и контролировать излучение / поляризацию в ядре из нитрата галлия. Однако это остается предметом будущей работы.

Читайте:новый электрооптический лазер излучает 30 миллиардов импульсов в секунду

В настоящее время исследователи работают с двумя частными организациями над созданием микро-светодиодов на основе нанопроводов. Один из них согласился разработать методы определения легирующих примесей и структурных характеристик. Вскоре команда продемонстрирует прототип светодиодных инструментов.