reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© PIXABAY Technologie | 01 lutego 2017

Diody UV LED na superstrukturze z nanorurkami

殴r贸d艂a UV znajduj膮 szerokie zastosowanie w medycynie: do sterylizacji urz膮dze艅 medycznych, w leczeniu chor贸b sk贸ry, w badaniach mikroskopowych, w przemy艣le p贸艂przewodnikowym: do fotografowania z du偶膮 precyzj膮 i rozdzielczo艣ci膮 mikroskopowych element贸w p贸艂przewodnikowych, w przemy艣le wytw贸rczym: do utwardzania materia艂贸w oraz w o艣wietleniu. Do tej pory powszechnie stosowane s膮 lampy rt臋ciowe, kt贸re posiadaj膮 kilka wad: kr贸tki czas u偶ytkowania, ma艂膮 efektywno艣膰, d艂ugi czas zap艂onu, a u偶yte do ich konstrukcji elementy s膮 niebezpieczne dla 艣rodowiska. To spowodowa艂o, 偶e 藕r贸d艂a UV oparte na LED-ach sta艂y si臋 ciekaw膮 i coraz dynamiczniej rozwijaj膮c膮 si臋 alternatyw膮. Szacuje si臋, 偶e rynek 藕r贸de艂 UV LED wzro艣nie z poziomu 166 milion贸w USD w roku 2016, do 555 milion贸w USD w roku 2021.
Pomimo rosn膮cego zapotrzebowania na coraz mniejsze, przyjazne dla 艣rodowiska oraz niezawodne 藕r贸d艂a UV, okazuje si臋, 偶e wydajno艣膰 UV LED pozostaje jeszcze na niskim poziomie. Jest to zwi膮zane z g臋sto wyst臋puj膮cymi defektami i dyslokacjami w strukturze p贸艂przewodnika: problemy z domieszkowaniem typu p, wielomodowo艣ci膮 TM (Transverse Magnetic) oraz brakiem efektywnych kana艂贸w rozpraszania ciep艂a. Do tej pory najlepsza osi膮gni臋ta zewn臋trzna wydajno艣膰 kwantowa (EQE - External Quantum Efficiency) dla UV LED o d艂ugo艣ci fali 270-280nm wynosi poni偶ej 10%, dla pr膮du I=20mA, i zmniejsza si臋 znacz膮co wraz ze spadkiem d艂ugo艣ci fali. Dodatkowo, wraz ze wzrostem pr膮du maleje moc wyj艣ciowa diod. Powodem tych problem贸w s膮 g艂贸wnie bardzo rezystywne warstwy p-AlGaN, kt贸re prowadz膮 nie tylko do du偶ych strat energii, ale tak偶e generuj膮 du偶o ciep艂a, co wp艂ywa na dalsz膮 degradacj臋 wydajno艣ci diod. W rezultacie, do tej pory stosowane struktury UV LED wytwarzane w technologii planarnej nie mog膮 sprosta膰 wielu oczekiwaniom i wyzwaniom rynku. Rozwi膮zaniem dla UV LED mo偶e by膰 nowa technologia: Droop-free AlxGa1-xN/AlyGa1-yN quantum-disks-in-nanowires ultraviolet LED emitting at 337nm on metal/silicon substrate., kt贸ra zosta艂a opracowana przez zesp贸艂 z King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), kierowany przez Bial Janjua i Haiding Sun et al. Praca zosta艂a opublikowana w czasopi艣mie naukowym Optics Express, vol. 25 , Issue. 2. 漏 KAUST a) Przekr贸j SEM nanorurek u艂o偶onych pionowo. b) Widok z g贸ry ciasno u艂o偶onych nanorurek na pod艂o偶u Ti/Si. c) Widok nanorurek AlGaN wykonany mikroskopem elektronowym pokazuj膮cy kolejne warstwy: n-type AlGaN, dyski kwantowe AlGaN/AlGaN, p-type AlGaN, p-GaN. d) Dyski kwantowe 鈥 10 par. e) Grubo艣膰 poszczeg贸lnych warstw dysk贸w kwantowych: AlxGa1-xN (~3nm), AlyGa1-yN (~4nm). Poprzez wprowadzenie dysk贸w kwantowych 鈥 Qdisks (Quantum disks) w nanorurki zbudowane z AlGaN/AlGaN na pod艂o偶u krzemowym, pokrytym cienk膮 warstw膮 tytanu (rysunek powy偶ej), naukowcy z KAUST wykazali, 偶e mo偶liwe jest powstanie UV LED, w kt贸rych nie ma spadku wydajno艣ci wraz ze wzrostem nat臋偶enia pr膮du. Gotowy element zasilono napi臋ciem ~5,5V emituj膮c fal臋 o d艂ugo艣ci 337nm i szeroko艣ci widma 11,7nm. W prowadzonych pr贸bach uda艂o si臋 zwi臋kszy膰 pr膮d, a偶 do 300mA dla elementu o wymiarach 0,5x0,5 mm2, co odpowiada g臋sto艣ci pr膮du 120A/cm2, bez wp艂ywu na spadek wydajno艣ci. a) Charakterystyka pr膮dowo-napi臋ciowa razem z mierzon膮 wyj艣ciow膮 moc膮 optyczn膮. b) Zewn臋trzna wydajno艣膰 kwantowa bez widocznego spadku wydajno艣ci do 120A/cm2. c) Widmo 艣wiat艂a emitowane przez gotowy element z nanorurkami w zakresie g臋sto艣ci pr膮du 0 鈥 32A/cm2 dla d艂ugo艣ci fali 337nm, przy I = 80mA. d) Przesuni臋cie piku widma i rozbie偶no艣膰 wi膮zki (FWHM) w zale偶no艣ci od g臋sto艣ci pr膮du. Spadek efektywno艣ci jest powszechnie obserwowany zar贸wno w standardowych diodach LED jak i UV LED, gdzie mamy du偶膮 koncentracj臋 domieszek. Odpowiedzialna jest za to rekombinacja Augera, w kt贸rej no艣niki 艂adunku trac膮 energi臋 na skutek oddzia艂ywania z defektami w sieci krystalicznej p贸艂przewodnika. Poprzez zastosowanie w UV LED pod艂o偶a z metalu lub metalu na krzemie, zesp贸艂 z KAUST, poprawi艂 mo偶liwo艣ci odprowadzania ciep艂a oraz przewodnictwa pr膮du, poprawiaj膮c tym samym parametry diod UV. Inn膮 wa偶n膮 zalet膮 jest to, 偶e pomimo wyst臋puj膮cych napr臋偶e艅 w warstwach p贸艂przewodnika, praktycznie wolne od wad nanorurki AlGaN, mog膮 by膰 tworzone bezpo艣rednio na krzemie lub innych pod艂o偶ach, takich jak metal, grafenu, diament, etc., gwarantuj膮c powodzenie powstania gotowego wyrobu. To dopiero pierwsza ods艂ona UV LED zawieraj膮ca now膮 technologi臋. Kolejne dzia艂ania powinny skupia膰 si臋 na poprawie parametr贸w optycznych, poprzez: (1) rezygnacj臋 z pod艂o偶y krzemowych, (2) znalezienie alternatywnych pod艂o偶y, jak np. aluminium, kt贸re jest lepsz膮 powierzchni膮 odbicia dla UV, (3) optymalizacj臋 wzrostu nanorurek dla osi膮gni臋cia lepszej jednorodno艣ci i wi臋kszej ich g臋sto艣ci. Nowa super struktura, kt贸ra jest wolna od spadk贸w wydajno艣ci jest pierwszym krokiem w kierunku alternatywnych, ekologicznych i niezawodnych 藕r贸de艂 UV.
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
February 22 2019 14:26 V12.2.6-2