Tha LED traidiseanta air ath-bhualadh a thoirt air raon an t-solais is an taisbeanaidh air sgàth an coileanadh nas fheàrr a thaobh èifeachdais, seasmhachd agus meud an inneil. Mar as trice, is e cruachan de fhilmichean leth-chonnsachaidh tana a th’ ann an LEDs le tomhasan taobhach de mhìlemeatairean, mòran nas lugha na innealan traidiseanta leithid bulbaichean gealbhruthach agus tiùban catod. Ach, tha feum aig tagraidhean optoelectronic a tha a’ tighinn am bàrr, leithid fìrinn fhìor-dhealbhach agus leasaichte, air LEDs ann am meud micron no nas lugha. Is e an dòchas gum bi mòran de na feartan nas fheàrr aig LEDs meanbh no fo-micron (µleds) a tha aig LEDs traidiseanta mu thràth, leithid sgaoileadh gu math seasmhach, èifeachdas agus soilleireachd àrd, caitheamh cumhachd glè ìosal, agus sgaoileadh làn-dath, agus iad mu mhillean uair nas lugha ann an sgìre, a’ leigeil le taisbeanaidhean nas dlùithe. Dh’ fhaodadh sgoltagan LED mar sin an t-slighe a rèiteachadh airson chuairtean fotonic nas cumhachdaiche ma thèid an fhàs aon-sliseag air Si agus an amalachadh le eileagtronaig leth-chonnsachaidh meatailt ocsaid co-phàirteach (CMOS).
Ach, gu ruige seo, tha µleds mar sin air fuireach duilich a lorg, gu h-àraidh anns an raon tonn-fada sgaoilidh uaine gu dearg. Is e pròiseas bho mhullach gu bonn a th’ anns an dòigh-obrach thraidiseanta led µ-led anns a bheil filmichean tobar cuantamach (QW) InGaN air an gràbhaladh a-steach do innealan meanbh-sgèile tro phròiseas gràbhaladh. Ged a tha tio2 µleds film tana stèidhichte air QW InGaN air mòran aire a tharraing air sgàth mòran de na feartan sàr-mhath aig InGaN, leithid còmhdhail èifeachdach giùlain agus comas atharrachaidh tonn-fada air feadh an raoin fhaicsinneach, gu ruige seo tha iad air a bhith air an sàrachadh le cùisean leithid milleadh creimeadh balla-taobh a bhios a’ fàs nas miosa mar a bhios meud an inneil a’ crìonadh. A bharrachd air an sin, air sgàth gu bheil raointean pòlarachaidh ann, tha neo-sheasmhachd tonn-fada/dath aca. Airson na duilgheadas seo, chaidh fuasglaidhean InGaN neo-phòlach agus leth-phòlach agus cuas criostail fotonaich a mholadh, ach chan eil iad riarachail an-dràsta.
Ann am pàipear ùr a chaidh fhoillseachadh ann an Light Science and Applications, tha luchd-rannsachaidh air an stiùireadh le Zetian Mi, ollamh aig Oilthigh Michigan, Annabel, air LED uaine iii-nitride air sgèile fo-micron a leasachadh a tha a’ faighinn thairis air na cnapan-starra sin aon uair is gu bràth. Chaidh na µleds seo a cho-chur ri chèile le epitaxy beam moileciuil le taic plasma roinneil roghnach. An coimeas ris an dòigh-obrach thraidiseanta bho mhullach gu bonn, tha an µled an seo air a dhèanamh suas de shreath de nano-uèirichean, gach fear dìreach 100 gu 200 nm ann an trast-thomhas, air an sgaradh le deichean de nanomeatairean. Gu ìre mhòr, tha an dòigh-obrach bho bhonn gu bonn seo a’ seachnadh milleadh creimeadh balla taobhach.
Tha am pàirt den inneal a tha a’ leigeil a-mach solas, ris an canar cuideachd an roinn ghnìomhach, air a dhèanamh suas de structaran ioma-thobair chuantamach cridhe-shlige (MQW) air an comharrachadh le morf-eòlas uèirichean nanò. Gu sònraichte, tha an MQW air a dhèanamh suas de thobar InGaN agus cnap-starra AlGaN. Air sgàth eadar-dhealachaidhean ann an imrich atamach adsorbte de na h-eileamaidean Buidheann III indium, gallium agus alùmanum air na ballachan taobh, fhuair sinn a-mach nach robh indium ann air ballachan taobh nan uèirichean nan nanò, far an robh an t-slige GaN/AlGaN a’ pasgadh cridhe an MQW mar burrito. Fhuair an luchd-rannsachaidh a-mach gun do lùghdaich susbaint Al na slige GaN/AlGaN seo mean air mhean bho thaobh stealladh electron nan uèirichean nan nanò chun taobh stealladh toll. Air sgàth an eadar-dhealachaidh ann an raointean pòlarachaidh a-staigh GaN agus AlN, bidh an leithid de chaochladh meud de shusbaint Al ann an sreath AlGaN ag adhbhrachadh electronan saor, a tha furasta sruthadh a-steach do chridhe an MQW agus a lughdaicheas neo-sheasmhachd dath le bhith a’ lughdachadh an raoin pòlarachaidh.
Gu dearbh, tha an luchd-rannsachaidh air faighinn a-mach, airson innealan nas lugha na aon mhicro-thomhas, gu bheil tonn-fhaid as àirde electroluminescence, no sgaoileadh solais air adhbhrachadh le sruth, fhathast seasmhach aig òrdugh meud an atharrachaidh ann an stealladh sruth. A bharrachd air an sin, tha sgioba an t-Ollaimh Mi air dòigh a leasachadh roimhe seo airson còmhdach GaN àrd-inbhe fhàs air silicon gus LEDs nanoweir fhàs air silicon. Mar sin, tha µled na shuidhe air fo-strat Si deiseil airson a bhith air a thoirt a-steach le electronics CMOS eile.
Tha mòran thagraidhean comasach aig an µled seo gu furasta. Bidh àrd-ùrlar an inneil nas làidire mar a bhios tonn-fhaid sgaoilidh an taisbeanaidh RGB amalaichte air a’ chip a’ leudachadh gu dearg.
Àm puist: 10 Faoilleach 2023