Muliggør bøjelige optoelektroniske enheder:Galliumnitrid mikrostænger dyrket på grafensubstrater

"Bendy" lysemitterende diode (LED)-skærme og solceller fremstillet med uorganiske sammensatte halvledermikrostave bevæger sig et skridt tættere på virkeligheden, takket være grafen og arbejdet fra et team af forskere i Korea.

I øjeblikket, de fleste fleksible elektronik- og optoelektronikenheder er fremstillet ved hjælp af organiske materialer. Men uorganiske sammensatte halvledere såsom galliumnitrid (GaN) kan give masser af fordele i forhold til organiske materialer til brug i disse enheder - inklusive overlegen optisk, elektriske og mekaniske egenskaber.

En stor hindring, der hidtil har forhindret brugen af ​​uorganiske sammensatte halvledere i disse typer applikationer, var vanskeligheden ved at dyrke dem på fleksible substrater.

I journalen APL materialer , fra AIP Publishing, et hold af forskere fra Seoul National University (SNU) ledet af professor Gyu-Chul Yi beskriver deres arbejde med at dyrke GaN mikrostænger på grafen for at skabe overførbare LED'er og muliggøre fremstilling af bøjelige og strækbare enheder.

"GaN-mikrostrukturer og nanostrukturer tiltrækker opmærksomhed i forskersamfundet som lysemitterende enheder på grund af deres lysemission i variabel farve og integrationsegenskaber med høj tæthed, " forklarede Yi. "Når det kombineres med grafensubstrater, disse mikrostrukturer viser også fremragende tolerance over for mekanisk deformation."

Hvorfor vælge grafen til underlag? Ultratynde grafenfilm består af svagt bundne lag af hexagonalt arrangerede carbonatomer holdt sammen af ​​stærke kovalente bindinger. Dette gør grafen til et ideelt substrat, "fordi det giver den ønskede fleksibilitet med fremragende mekanisk styrke - og det er også kemisk og fysisk stabilt ved temperaturer over 1, 000°C, " sagde Yi.

Det er vigtigt at bemærke, at for GaN-mikrostavvæksten, den meget stabile og inaktive overflade af grafen tilbyder et lille antal nukleationssteder for GaN-vækst, hvilket ville øge den tredimensionelle ø-vækst af GaN mikrostænger på grafen.

For at skabe de faktiske GaN mikrostruktur LED'er på grafen substraterne, holdet bruger en katalysatorfri metal-organisk kemisk dampaflejring (MOCVD) proces, de udviklede tilbage i 2002.

"Blandt teknikkens nøglekriterier, det er nødvendigt at opretholde høj krystallinitet, kontrol over doping, dannelse af heterostrukturer og kvantestrukturer, og vertikalt justeret vækst på underliggende substrater, " siger Yi.

Da holdet satte bøjbarheden og pålideligheden af ​​GaN mikrostav-LED'er fremstillet på grafen på prøve, de fandt ud af, at "de resulterende fleksible LED'er viste intens elektroluminescens (EL) og var pålidelige - der var ingen signifikant forringelse af optisk ydeevne efter 1, 000 bukkecyklusser, " bemærkede Kunook Chung, artiklens hovedforfatter og kandidatstuderende i SNUs Fysikafdeling.

Dette repræsenterer et enormt gennembrud for næste generations elektronik- og optoelektronikenheder - hvilket muliggør brugen af ​​store og billige fremstillingsprocesser.

"Ved at drage fordel af større grafenfilm, hybride heterostrukturer kan bruges til at fremstille forskellige elektronik- og optoelektronikenheder såsom fleksible og bærbare LED-skærme til kommerciel brug, " sagde Yi.