Nieuwe nanodraad UV-LEDs leveren vijfvoudig helderder licht voor geavanceerde toepassingen

Onderzoekers gebruiken nanodraden en een speciaal type mantel om ultraviolette lichtemitterende diodes te bouwen. Ze produceren 5 keer hogere lichtintensiteit dan LEDs gebaseerd op conventionele mantelontwerpen.

Hoe deden ze het?

Onlangs werkt het team aan nanodraadkernen van silicium-gedopeerd Galliumnitraat (bevat extra elektronen) omhuld door mantels van magnesium-gedopeerd Galliumnitraat (bevat een overschot 'gaten' voor ontbrekende elektronen). Wanneer een gat samenvoegt met een elektron, wordt een aanzienlijke hoeveelheid energie uitgestoten in de vorm van licht; dit proces heet electroluminescentie.

In 2017 onthulden ze Galliumnitraat-LEDs die betroffen het injecteren van elektronen in de mantellaag om te fusioneren met gaten en uiteindelijk hoge-intensiteit licht te produceren. De nieuwe LEDs werken op een vergelijkbare manier, behalve dat onderzoekers deze keer een kleine hoeveelheid aluminium aan de mantellaag toevoegden.

Referentie: NanoTechnology | doi:10.1088/1361-6528/ab07ed | NIST

Het aluminium minimaliseert de verliezen die ontstaan door elektronenoverstroming en lichtherabsorptie. Meer specifiek brengt het een asymmetrie binnen de elektrische stroom, waardoor elektronen niet in de mantellaag kunnen bewegen. Dit beperkt de gaten en elektronen tot de kern van de nanodraad, wat resulteert in vijfvoudig hogere lichtintensiteit.

Nanodraad-gebaseerde LED | Het toevoegen van een kleine hoeveelheid aluminium aan mantellaag (zwart) beperkt gaten en elektronen tot de kern van de nanodraad (kleurrijk gebied), genererend intense licht | Met dank aan de onderzoekers

De onderzoekers gebruikten een zogenaamde "p-i-n" structuur om LEDs van nanodraden te fabriceren. De structuur vertegenwoordigt een drie-laags ontwerp voor het injecteren van elektronen en gaten in de nanodraad.

Hoewel de structuren die in dit werk verkend worden, de benaderende samenstelling voor dragerconfinement targetten, kan een hogere fractie aluminium onderzoekers helpen golflengte te configureren en emissie/polarisatie in Galliumnitraat-kern te controleren. Dat blijft echter een onderwerp voor toekomstig werk.

De technologie implementeren

Het team heeft al een octrooi voor een apparaat dat LED integreert met microscopische scanning probemicroscopie voor veilige, contactloze testen van halfgeleidernanostructuren. Het kan ook gebruikt worden om celstructuur en eiwitouitevouwing te bestuderen.

Momenteel werken onderzoekers met twee private organisaties om nanodraad-gebaseerde micro-LEDs te ontwikkelen. Een van hen heeft ingestemd om dopant- en structurele karakterisatietechnieken te bouwen. Het team zal binnenkort de prototype LED-tools demonstreren.