Ավանդական լուսադիոդները հեղափոխություն են մտցրել լուսավորության և էկրանների ոլորտում՝ շնորհիվ իրենց գերազանց կատարողականության՝ արդյունավետության, կայունության և սարքի չափի առումով: ԼԵԴ-երը սովորաբար բարակ կիսահաղորդչային թաղանթների կույտեր են՝ միլիմետրերով լայնական չափսերով, որոնք շատ ավելի փոքր են, քան ավանդական սարքերը, ինչպիսիք են շիկացման լամպերը և կաթոդային խողովակները: Այնուամենայնիվ, զարգացող օպտոէլեկտրոնային կիրառությունները, ինչպիսիք են վիրտուալ և լրացված իրականությունը, պահանջում են միկրոն կամ ավելի փոքր չափի լուսադիոդներ: Հույս կա, որ միկրո կամ ենթամիկրոնային մասշտաբի լուսադիոդները (µLED) կշարունակեն ունենալ ավանդական լուսադիոդների արդեն իսկ ունեցած բազմաթիվ գերազանց հատկանիշներ, ինչպիսիք են բարձր կայուն ճառագայթումը, բարձր արդյունավետությունը և պայծառությունը, գերցածր էներգիայի սպառումը և լիարժեք գունային ճառագայթումը, միաժամանակ մոտ մեկ միլիոն անգամ փոքր լինելով մակերեսով, ինչը թույլ կտա ստեղծել ավելի կոմպակտ էկրաններ: Նման լուսադիոդային չիպերը կարող են նաև ճանապարհ հարթել ավելի հզոր ֆոտոնային սխեմաների համար, եթե դրանք կարողանան աճեցվել Si-ի վրա մեկ չիպով և ինտեգրվել լրացուցիչ մետաղական օքսիդային կիսահաղորդչային (CMOS) էլեկտրոնիկայի հետ:
Սակայն, մինչ օրս նման μLED-ները մնացել են անհասանելի, հատկապես կանաչից մինչև կարմիր ճառագայթման ալիքի երկարության տիրույթում: Ավանդական led μ-led մոտեցումը վերևից ներքև գործընթաց է, որի ընթացքում InGaN քվանտային հորի (QW) թաղանթները փորագրվում են միկրոմասշտաբի սարքերի մեջ փորագրման գործընթացի միջոցով: Մինչդեռ բարակ թաղանթային InGaN QW-ի վրա հիմնված tio2 μLED-ները մեծ ուշադրություն են գրավել InGaN-ի բազմաթիվ գերազանց հատկությունների շնորհիվ, ինչպիսիք են կրիչների արդյունավետ փոխադրումը և ալիքի երկարության կարգավորման հնարավորությունը տեսանելի տիրույթում, մինչ այժմ դրանք տանջվել են այնպիսի խնդիրներով, ինչպիսիք են կողային պատի կոռոզիոն վնասը, որը վատթարանում է սարքի չափի փոքրացմանը զուգընթաց: Բացի այդ, բևեռացման դաշտերի առկայության պատճառով դրանք ունեն ալիքի երկարության/գույնի անկայունություն: Այս խնդրի համար առաջարկվել են ոչ բևեռային և կիսաբևեռային InGaN և ֆոտոնային բյուրեղային խոռոչի լուծումներ, բայց դրանք ներկայումս բավարար չեն:
«Լույսի գիտություն և կիրառություններ» ամսագրում հրապարակված նոր հոդվածում Միչիգանի համալսարանի Աննաբելի պրոֆեսոր Զետիան Միի գլխավորությամբ հետազոտողները մշակել են միկրոնից փոքր մասշտաբի կանաչ LED iii – նիտրիդ, որը մեկընդմիշտ հաղթահարում է այս խոչընդոտները: Այս μLED-ները սինթեզվել են ընտրողական տարածաշրջանային պլազմայով օժանդակվող մոլեկուլային ճառագայթային էպիտաքսիայի միջոցով: Ավանդական վերևից ներքև մոտեցման կտրուկ հակադրությունով, այստեղ մLED-ը բաղկացած է նանոհաղորդալարերի զանգվածից, որոնցից յուրաքանչյուրը ընդամենը 100-ից 200 նմ տրամագծով է, որոնք բաժանված են տասնյակ նանոմետրերով: Այս ներքևից վերև մոտեցումը էապես խուսափում է կողմնային պատերի կոռոզիայից առաջացած վնասից:
Սարքի լույս արձակող մասը, որը հայտնի է նաև որպես ակտիվ շրջան, կազմված է միջուկ-շերտ բազմակի քվանտային հորատանցքի (MQW) կառուցվածքներից, որոնք բնութագրվում են նանոլարերի ձևաբանությամբ: Մասնավորապես, MQW-ն բաղկացած է InGaN հորատանցքից և AlGaN արգելքից: III խմբի տարրերի՝ ինդիումի, գալիումի և ալյումինի ադսորբված ատոմների կողային պատերի տեղաշարժի տարբերությունների պատճառով մենք պարզեցինք, որ ինդիումը բացակայում է նանոլարերի կողային պատերին, որտեղ GaN/AlGaN թաղանթը բուրիտոյի պես փաթաթում էր MQW միջուկը: Հետազոտողները պարզեցին, որ այս GaN/AlGaN թաղանթի Al-ի պարունակությունը աստիճանաբար նվազում է նանոլարերի էլեկտրոնային ներարկման կողմից դեպի անցքի ներարկման կողմը: GaN-ի և AlN-ի ներքին բևեռացման դաշտերի տարբերության պատճառով, AlGaN շերտում Al-ի պարունակության նման ծավալային գրադիենտը ինդուկցում է ազատ էլեկտրոններ, որոնք հեշտությամբ հոսում են MQW միջուկ և մեղմացնում գույնի անկայունությունը՝ նվազեցնելով բևեռացման դաշտը:
Փաստորեն, հետազոտողները պարզել են, որ մեկ միկրոնից փոքր տրամագծով սարքերի համար էլեկտրոլյումինեսցենցիայի կամ հոսանքով առաջացած լույսի ճառագայթման գագաթնակետային ալիքի երկարությունը մնում է հաստատուն հոսանքի ներարկման փոփոխության կարգի մեծության դեպքում: Բացի այդ, պրոֆեսոր Միի թիմը նախկինում մշակել է սիլիցիումի վրա բարձրորակ GaN ծածկույթներ աճեցնելու մեթոդ՝ սիլիցիումի վրա նանոլար լուսադիոդներ աճեցնելու համար: Այսպիսով, µլեդ-ը տեղադրվում է Si հիմքի վրա՝ պատրաստ լինելով ինտեգրվել այլ CMOS էլեկտրոնիկայի հետ:
Այս µLED-ը հեշտությամբ ունի բազմաթիվ պոտենցիալ կիրառություններ: Սարքի հարթակը կդառնա ավելի կայուն, քանի որ չիպի վրա ինտեգրված RGB էկրանի ճառագայթման ալիքի երկարությունը ընդլայնվի դեպի կարմիր:
Հրապարակման ժամանակը. Հունվար-10-2023