Традиционалните ЛЕД направија револуција во полето на осветлувањето и екранот поради нивните супериорни перформанси во однос на ефикасноста, стабилноста и големината на уредот. LED диодите се типично купчиња од тенки полупроводнички филмови со странични димензии од милиметри, многу помали од традиционалните уреди како што се блескаво светилки и катодни цевки. Сепак, новите оптоелектронски апликации, како што се виртуелната и проширената реалност, бараат LED диоди со големина од микрони или помалку. Се надеваме дека LED диоди во микро или подмикронска скала (µled) ќе продолжат да имаат многу од супериорните квалитети што веќе ги имаат традиционалните LED диоди, како што се високо стабилна емисија, висока ефикасност и осветленост, ултра ниска потрошувачка на енергија и емисија во целосна боја, додека е околу милион пати помал по површина, што овозможува покомпактни дисплеи. Ваквите лед чипови, исто така, би можеле да го отворат патот за помоќни фотонски кола доколку можат да се одгледуваат со еден чип на Si и да се интегрираат со дополнителна електроника со метален оксид полупроводник (CMOS).
Сепак, досега, таквите µled останаа неостварливи, особено во опсегот на бранова должина на емисиите од зелена до црвена боја. Традиционалниот пристап со led µ е процес од горе-надолу во кој филмовите на квантната бунар InGaN (QW) се гравираат во уреди со микро размери преку процес на офорт. Додека Tio2 µled базирани на тенок филм InGaN QW привлекоа големо внимание поради многу од одличните својства на InGaN, како што се ефикасниот транспорт на носачот и приспособливоста на бранова должина низ видливиот опсег, до сега тие беа измачени од проблеми како страничниот ѕид оштетување од корозија што се влошува како што големината на уредот се намалува. Покрај тоа, поради постоењето на поларизациски полиња, тие имаат нестабилност на бранова должина/боја. За овој проблем, предложени се неполарни и полуполарни решенија на InGaN и фотонски кристални шуплини, но тие во моментов не се задоволителни.
Во новиот труд објавен во Light Science and Applications, истражувачите предводени од Зетиан Ми, професор на Универзитетот во Мичиген, Анабел, развија подмикронска скала зелена LED iii - нитрид што ги надминува овие пречки еднаш засекогаш. Овие µled беа синтетизирани со селективна регионална епитаксија на молекуларни зраци со помош на плазма. За разлика од традиционалниот пристап одозгора надолу, µled овде се состои од низа наножици, секоја од само 100 до 200 nm во дијаметар, одделени со десетици нанометри. Овој пристап оддолу нагоре во суштина го избегнува оштетувањето на страничните ѕидови од корозија.
Делот од уредот што емитува светлина, познат и како активен регион, е составен од структури на повеќекратни квантни бунари со јадро-обвивка (MQW) кои се карактеризираат со морфологија на наножица. Конкретно, MQW се состои од бунарот InGaN и бариерата AlGaN. Поради разликите во миграцијата на адсорбираниот атом на елементите од групата III индиум, галиум и алуминиум на страничните ѕидови, откривме дека индиумот недостасува на страничните ѕидови на наножиците, каде што обвивката GaN/AlGaN го обвиткува јадрото MQW како бурито. Истражувачите открија дека содржината на Al во оваа обвивка GaN/AlGaN постепено се намалува од страната на инјектирање електрони на наножиците до страната на вбризгување на дупката. Поради разликата во внатрешните полиња на поларизација на GaN и AlN, таквиот волуменски градиент на содржината на Al во слојот AlGaN индуцира слободни електрони, кои лесно се влеваат во MQW јадрото и ја ублажуваат нестабилноста на бојата со намалување на полето на поларизација.
Всушност, истражувачите откриле дека за уреди со дијаметар помал од еден микрон, максималната бранова должина на електролуминисценцијата, или емисијата на светлина предизвикана од струја, останува константна по ред на големина на промената на тековното вбризгување. Дополнително, тимот на професорот Ми претходно разви метод за одгледување висококвалитетни GaN облоги на силициум за одгледување наножичени лед на силикон. Така, µled седи на Si супстрат подготвен за интеграција со друга CMOS електроника.
Ова µled лесно има многу потенцијални апликации. Платформата на уредот ќе стане поцврста бидејќи брановата должина на емисиите на интегрираниот RGB дисплеј на чипот ќе се прошири во црвено.
Време на објавување: јануари-10-2023 година