Усовершенствование светодиодов за счет наночастиц.

Усовершенствование светодиодов за счет наночастиц.

Новая технология, которая может повысить эффективность светодиодного освещения на 50 % и даже проложить путь для невидимости маскирующих устройств, команда исследователей Университета Мичигана разработала новую технику, которая позволяет вытолкнуть ионы металла на поверхность полупроводниковой пластины.

Это первый метод, который позволяет недорого выращивать металлические нано частицы как на поверхности полупроводников, так и под ними. Процессу добавляет практически никаких затрат на производство и повышение эффективности может позволить производителям использовать меньше полупроводники в готовой продукции, делая их менее дорогостоящими.

Нано частицы металла могут увеличить эффективность LED в несколько раз. Они могут выступать в качестве крошечных антенн, которые изменяют и перенаправляют электричество, проходящее через полупроводник, превращая больше количество энергии в свет. Они также могут помочь отразить свет из устройства, уменьшая его внутренние потери.

«Это бесшовное дополнение к производственному процессу, и именно это делает его таким захватывающим»,-сказала Рэйчел Голдман, профессор U-M по материаловедению и технике и физике. «Способность создавать трехмерные структуры с этими нано частицами открывает много возможностей.»

 

Ключевое новшество:

Идея добавления наночастиц для повышения эффективности светодиодов не нова. Однако предыдущие усилия по их внедрению были непрактичными для крупномасштабного производства. Они сосредоточены на дорогих металлах, таких как серебро, золото и платина. Кроме того, размер и расстояние частиц должны быть очень точными; это требует дополнительных и дорогостоящих шагов производства. Кроме того, не существует экономически эффективного способа включения частиц под поверхностью.

Команда Голдман открыл простой способ, который легко интегрируется с процессом молекулярно-лучевой эпитаксии используется для изготовления полупроводников. Молекулярно-лучевая эпитаксия распыляет несколько слоев металлических элементов на пластину. Это создает именно правильные проводящие свойства для данной цели.

Исследователи U—M применили ионный пучок между этими слоями-шаг, который выталкивает металл из полупроводниковой пластины на поверхность. Металл образует наноразмерные частицы, которые служат той же цели, что и дорогостоящее золото, и платина flecks в более ранних исследованиях. Их размер и расположение можно точно регулировать путем изменения угла и интенсивности ионного пучка. И применение пучка ионов между каждым слоем создает полупроводник с наночастицами, пересекающий все слои.

«Если вы внимательно настроить размер и интервал наночастиц настолько глубоко на сколько они встроены, вы можете найти пятно, которое увеличивает излучение света», — сказал Myungkoo Кан, бывший аспирант в лаборатории Голдмана. «Этот процесс дает нам гораздо более простой и менее дорогой способ сделать это.»

Исследователи уже много лет знают, что металлические частицы могут собираться на поверхности полупроводников во время производства. Но они всегда считались неприятностью, то, что произошло, когда смесь элементов была неправильной.

«С первых дней производства полупроводников целью всегда было напыление гладкого слоя элементов на поверхность. Если вместо элементов образовались частицы, то это считалось ошибкой», — сказал Голдман. «Но мы поняли, что эти «ошибки» очень похожи на частицы, которые производители так стараются включить в светодиоды. Мы придумали способ сделать лимонад из лимонов.»

 

Плаще-невидимка:

Поскольку метод позволяет точно контролировать распределение наночастиц, исследователи говорят, что в один прекрасный день он может быть полезен для плащей, которые делают объекты частично невидимыми, вызывая явление, известное как «обратная рефракция.»

Обратная рефракция сгибает световые волны назад таким образом, чего не происходит в природе, потенциально направляя их вокруг объекта или вдали от глаза. Исследователи считают, что, тщательно измеряя размер и расстояние между массивом наночастиц, они могут быть в состоянии вызвать и контролировать обратное преломление в конкретных длин волн света.

«Для маскировки невидимости нам нужно как передавать свет, так и манипулировать им очень точно, и сегодня это очень сложно», — сказал Голдман. «Мы считаем, что этот процесс может дать нам необходимый уровень контроля для его функционирования.»

В настоящее время команда работает над адаптацией процесса ионно—лучевого излучения к конкретным материалам, используемым в светодиодах-по их оценкам, более эффективные осветительные приборы могут быть готовы к выпуску на рынок в течение следующих пяти лет.

Об авторе

admin administrator