Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1 - Расположение атомных плоскостей: а) в идеальном кристалле, б) в кристалле с краевой дислокацией, в) в кристалле с винтовой дислокацией
Рисунок 2 - Изображение поперечного сечения диода с малой плотностью дислокаций (а) и его схематическое изображение (b).
Рисунок 3 - Спектральные характеристики для различных величин тока.
Рисунок 4 - Зависимости внешнего квантового выхода, выходной мощности и напряжения от величины тока.
Рисунок 5 - Сравнение импульсного и непрерывного режимов.

LED очистят воду: взгляд науки

Ключевые слова:  LED, УФ

Опубликовал(а):  Клюев Павел Геннадиевич

27 июля 2010

Одной из главных задач при проектировании диода является увеличение квантового выхода прибора - отношения вышедшей мощности излучения к мощности затраченной, иными словами, количества фотонов, которые успешно вышли из полупроводника, к числу электронов, перешедших из валентной в зону проводимости. Существует внешний и внутренний квантовый выход. Внутренний учитывает потери на рассеяние, спонтанное излучение, поглощение, определяется совершенством активной области (однородность по толщине, плотность дефектов). Внешний учитывает отражение от грани кристалла, расходимость излучения, т.е. допустимые углы, падая под которыми на грань излучение не испытает полного внутреннего отражения и не вернется обратно в материал и т.п., а также все аспекты внутреннего квантового выхода. Квантовый выход диода, выходная мощность, срок службы зависят от количества дислокаций, дефектов в кристалле активного элемента.

Дислокация в кристаллах - это дефекты кристаллической решетки, искажающие правильное расположение кристаллографических плоскостей (рисунок 1). Особенностью дислокаций является значительное нарушение регулярного чередования атомов сосредоточенное в малой окрестности некоторой линии, пронизывающей кристалл. Простейшим видом дислокации являются краевая и винтовая. Если одна из атомных плоскостей обрывается внутри кристалла, возникает краевая дислокация. Винтовую дислокацию можно представить как результат сдвига на период решетки одной части кристалла относительно другой вдоль некоторой полуплоскости, параллельной ее краю, играющему роль оси дислокации. Рассмотрены краевые дислокации (появляющиеся вследствие разного периода кристаллических решеток используемых материалов), влияющие на итоговую реализацию диода. Вокруг дислокации существует область, в которой кристалл деформирован, поэтому закон дисперсии в такой области отличается от такого в идеальном кристалле. Это приводит к рассеянию носителей заряда. При рассеянии носителей заряда на дислокациях время релаксации не зависит от температуры кристалла, а определяется плотностью дислокаций на единицу поверхности и скоростью рассеиваемых электронов.

В данной работе [1] нитрид алюминиевые подложки (AIN) используются для получения на них слоя AlxGa1-xN с малым количеством дислокаций, гладкой поверхностью и высокой электропроводностью для производства диодов УФ диапазона на длинах волн 240-260 нм. Обычно AlxGa1-xN выращивается на AIN-слое, выращенном в свою очередь на сапфировой подложке, при этом плотность дислокаций в слое AIN составляет более 1010 см-2. Для уменьшения количества дислокаций образец AIN выраживали методом эпитаксии (эпитаксия буквально - "осаждение по одному атому"). Удалось уменьшить плотность дислокаций лишь на два порядка до 108 см-2. AIN-слой обладает меньшим периодом решетки и меньшим коэффициентом теплового расширения по сравнению с активной областью диода - слоем AlxGa1-xN. Наблюдается несоответствие параметров кристаллических решеток AIN и AlxGa1-xN. Теоретически увеличение толщины слоя AlxGa1-xN должно увеличить плотность дислокаций в образце за счет появления "лишних" обрывающихся плоскостей кристаллической решетки - краевых дислокаций. Однако на практике все иначе. Можно вырастить слои AlxGa1-xN до толщины 0.5-1.0 мкм при концентрации алюминия х=0.6 или 0.7. Таким образом, слой AlxGa1-xN обладает хорошей электропроводностью и малой плотностью дислокаций. AlxGa1-xN наносится методом металлорганического CVD-процесса. На ТЕМ-изображениях подтверждается низкая плотность дислокаций в активной области. Вследствие расхождения параметров решетки активного слоя и слоя p-GaN на рисунке можно увидеть дефекты в вышеупомянутом слое.

Изготовленный образец LED подвергается спектральным исследованиям при различных величинах пропущенных токов. На рисунке 3 показан спектр, обладающий тенденцией к расширению с увеличением тока (13.9 нм при 20 мА до 14.9 нм при 300 мА). На рисунке 4 показаны зависимости внешнего квантового выхода, выходной мощности и ВАХ (приложенного прямого напряжения от величины тока). На рисунке 5 сравниваются непрерывный и импульсный режимы работы диода. Представлены графики зависимостей внешнего квантового выхода и выходной мощности от тока накачки.

Для повышения мощности излучения необходимо увеличивать прямой ток. Однако при протекании тока в кристалле выделяется тепловая мощность, связанная как с выделением джоулева тепла, так и поглощением в кристалле значительной доли генерируемого излучения. Кроме того, возможная неоднородность плотности электрического тока приводит к снижению эффективности работы диода. Как видно из полученных результатов, в непрерывном режиме работы наблюдается резкий спад внешней квантовой эффективности, что в первую очередь связывается с повышением температуры и преобладанием спонтанных переходов, инициированных тепловым излучением в образце (критичная температура примерно 57 С). А вот в импульсном режиме внешний квантовый выход уменьшается медленно по сравнению с непрерывным режимом работы.

Успех проведенного исследования [1] связывается с использованием материалов с низкой плотностью дислокаций, полученной в результате эпитаксиального роста структуры, подбором толщины активного слоя, что способствует повышению квантового выхода прибора.

Исследования выполнены по гранту Advanced Technology Project (ATP) при поддержке National Institute of Science and Technology (NIST) и Department of Energy (DOE).

[1] Properties of Mid-Ultraviolet Light Emitting Diodes Fabricated from Pseudomorphic Layers on Bulk Aluminum Nitride Substrates. James R. Grandusky, Shawn R. Gibb, Mark C. Mendrick and Leo J. Schowalter. Applied Physics Express 3 (2010) 072103. DOI: 10.1143/APEX.3.072103.




Комментарии
"Изготовленный образец LED подвергается
спектральным исследованиям при различных
величинах приложенных токов."
- Прикладывают напряжение, ток пропускают.
- Про дислокации здесь очень просто http://ru.wi...%D0%B0%D1%8
6%
D0%B8%D1%8F_(%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%81%D1% 82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D1%
80
%D0%B0%D1%84%D0%B8%D1%8F)
- Тут картинки http://www.h.../24/076.htm
http://www.l..._2_text.htm

Ренц Александра, 28 июля 2010 09:18 
Хорошо бы было если бы лед очищял воду
Пастух Евфграфович, 28 июля 2010 16:05 
РА
А Вы бы эту воду своему молодому человеку подливали в пиву в клубу, что б перепиской заняться пока он дремнёт
Кузина Наталья, 29 июля 2010 14:26 
как-то слабо верится во все это)
Евгений Иванович, хорошие картинки, спасибо
и за поправку спасибо
Рад, если это пригодилось.
AlexIg, 03 августа 2010 13:01 
Будем рады положительным результатам

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Наночастицы серебра на золоте
Наночастицы серебра на золоте

Научно-популярный лекторий РНФ на Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2019»
С 9 по 11 апреля российские ученые рассказывают о своих научных исследованиях, которые выполняются по грантам Российского научного фонда. Лекции проходят в рамках Лектория РНФ во время проведения Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2019».

Фестивали «От Винта!» и NAUKA 0+ представили инновационные проекты на выставке Hannover Messe 2019
Ганновер (Германия) 5 апреля 2019 года. – Объединённая экспозиция Фестиваля детского и молодежного научно-технического творчества “От Винта!” и Всероссийского фестиваля NAUKA 0+ была представлена на крупнейшей выставке промышленных технологий Hannover Messe 2019 в Германии в составе стенда Российской Федерации, организованного Российским экспортным центром при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ.

Стань магистрантом в области светодиодных технологий без экзаменов
От бакалавриата к магистратуре без вступительных экзаменов уже сейчас? С портфолио возможно все! Участвуйте в конкурсе «Науке нужен ты!» и получайте бюджетный билет в первую в России магистерскую программу в области светодиодных технологий и оптоэлектроники Университета ИТМО!

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
А.А.Семенова
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.