Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Схема роста нитрида галлия на стекле, покрытом титановой пленкой
Массив пирамидок нитрида галлия на стекле, покрытом титановой пленкой

Стекло вместо сапфира

Ключевые слова:  СИД

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

09 апреля 2012

Первые светодиоды (СИД) в 1970 были ограничены красным и инфракрасным диапазоном вплоть до 1994 года, когда исследователи разработали первый яркий синий СИД, что можно считать рождением «твердотельного освещения». Благодарить за это достижение следует двух японских ученых - Сюдзи Накамура из Nichia и Исаму Акасаки из Университета Нагоя, которые разработали полупроводник на основе GaN в 1980-х годах.

Хотя исследования материалов на основе GaN началось еще в конце 1960-х годов, низкое качество материала - в частности, неспособность получить допирование р-типа – препятствовало их развитию, пока в 1989 году эта проблема не была преодолена. Как только были получены синие светодиоды, исследователи смогли достичь и белого свечения путем введения желтого фосфора. К концу 1990-х годов световая эффективность белых светодиодов достигла уровня лампы накаливания (~ 15 Лм/Вт), а к 2011 году их производительность превышает 200 лм/Вт для лабораторных образцов и 100 лм/Вт для коммерческих устройств.

Сегодня нитриды элементов III группы для СИД наносятся при высоких температурах на монокристаллические сапфировые подложки, чтобы обеспечить высокое качество кристаллов. Причина тому – особое эпитаксиальное соотношение между нитридами элементов III группы и сапфира, а именно поворот решетки GaN на 30° по отношению к решетке сапфира позволяет добиться идеальной ориентации кристалла вдоль оси [0001]. Тем не менее, плотность дефектов, которые состоят в основном из прорастающих дислокаций, по-прежнему очень высока (> 108 см-2). К счастью, нитриды элементов III группы обладают способностью эффективно излучать свет даже в присутствии большой плотности дефектов - способность, которая приписывается локализации носителей заряда в квантовых колодцах InGaN. Внутренняя квантовая эффективность синего светодиода составляет около 90%, эффективность выхода света также близка к 90%, что означает, что внешняя квантовая эффективность достигает 80%, что в десять раз лучше лампы накаливания.

Учитывая нынешнюю эффективность белых светодиодов, которые в настоящее время превосходит другие популярные источники света с точки зрения и эффективности, и срока службы (которая обычно оценивается примерно в 50 000 часов), может показаться странным, что эти устройства до сих пор не стали широко распространены для домашннго освещения. Это связано с рядом причин, наиболее значимой из которых является высокая стоимость изготовления ($18 за штуку по сравнению с <$1 для ламп накаливания). Значительные усилия исследователей по всему миру в настоящее время направлены на сокращение издержек производства при сохранении яркости и эффективности. Казалось бы, простой способ понижения стоимости люмена света - это работа СИД под гораздо более высоким током. К сожалению, это приводит к тому, что светоотдача резко падает.

Еще один способ снижения затрат – это использование альтернативного материала подложки вместо сапфира. Изготовление белых светодиодов на таких подложках как кремний привлекает все больший интерес. А недавно Хи Чой и сотрудниками сообщили и о реализации светодиодов на основе GaN с достаточно большой светоотдачей на еще более дешевой, чем кремний, подложке: на стекле!

Чой и соавт. успешно вырастили кристаллический GaN на аморфной подложке. Ключевым моментом их работы является развитие предпочтительной кристаллографической оси роста GaN для избежания образования поликристаллического материала с границами зерен, которые могут препятствовать работе устройства. Этого удалось достичь путем введения тонкого слоя титана между GaN и стеклом. Исследователи выбрали титан из-за его гексагональной структуры и относительно низкого рассогласования решетки с GaN. Титан обладает собственной термодинамической ориентацией при нанесении на стекло: ось с каждого зерна ориентирована параллельно направлению роста. Это приводит к правильной ориентации слоев кристалла GaN, но не дает контроля в плоскости подложки, что приводит к образованию зерен. Чтобы избавиться от зернистой структуры, Чой и соавт. отошел от идеи непрерывно растущих двумерных слоев GaN, сосредоточившись на создании массива трехмерных структур, таких как пирамиды или волокна, которые могут быть выращены без структурных дефектов. Высокотемпературный рост GaN на поверхности привел к созданию бездефектных пирамид микрометрового масштаба.

Исследователи осадили InGaN/GaN поверх массива пирамид для формирования активной области, затем наносили тонкий слой легированного GaN р-типа, затем слой ITO в качестве верхнего электрода. Большинство микро-светодиодов обладали электролюминесценцией, цвет и интенсивность которой, однако, варьировались вдоль подложки. Качество структуры отдельных микро-светодиодов привело к высокой внутренней квантовой эффективности (52%). Тем не менее, в среднем на пластине внешняя квантовая эффективность была довольно низкой (<1%).


Источник: Nature Photonics



Комментарии
Концентрация поверхностных "нанокластеров" (пирамидок) не более 1е12 см-2. Концентрация излучающих центров при межзонной рекомбинации существенно больше.
Это основная причина ограничения фото и светоизлучающих приборов на квантовых образованиях, больших чем просто атом.
Вы можете генерировать нужные фотоны с высоким КПД, но концентрация света всё равно будет мала...

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

 

Нанопаутина
Нанопаутина

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 &#215; 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

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.