NIST-forskere øger intensiteten af ​​nanowire-LED'er

Nanowire-guruer ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har lavet ultraviolette lysemitterende dioder (LED'er), der, takket være en speciel type skal, producerer fem gange højere lysintensitet end sammenlignelige LED'er baseret på et enklere skaldesign.

Ultraviolette lysdioder bruges i et stigende antal applikationer såsom polymerhærdning, vandrensning og medicinsk desinfektion. Mikro-LED'er er også af interesse for visuelle skærme. NIST-medarbejdere eksperimenterer med nanotråd-baserede lysdioder til scanning-probe-spidser beregnet til elektronik- og biologiapplikationer.

Den nye, lysere LED'er er et resultat af NIST's ekspertise i fremstilling af højkvalitets galliumnitrid (GaN) nanotråde. På det sidste, forskere har eksperimenteret med nanotrådskerner lavet af silicium-doteret GaN, som har ekstra elektroner, omgivet af skaller lavet af magnesium-doteret GaN, som har et overskud af "huller" til manglende elektroner. Når en elektron og et hul kombineres, energi frigives som lys, en proces kendt som elektroluminescens.

NIST-gruppen har tidligere demonstreret lysdioder, der producerede lys tilskrevet elektroner, der blev injiceret i skallaget for at rekombinere med huller. De nye LED'er har tilføjet en lille smule aluminium til skallaget, hvilket reducerer tab fra elektronoverløb og lysreabsorption.

Som beskrevet i journalen Nanoteknologi , de lysere LED'er er fremstillet af nanotråde med en såkaldt "p-i-n" struktur, et trelagsdesign, der sprøjter elektroner og huller ind i nanotråden. Tilsætningen af ​​aluminium til skallen hjælper med at begrænse elektroner til nanotrådkernen, femdobling af elektroluminescensen.

"Aluminiums rolle er at indføre en asymmetri i den elektriske strøm, der forhindrer elektroner i at strømme ind i skallaget, hvilket ville reducere effektiviteten, og i stedet begrænser elektroner og huller til nanotrådkernen, " sagde førsteforfatter Matt Brubaker.

Nanotrådsteststrukturerne var omkring 440 nanometer (nm) lange med en skaltykkelse på omkring 40 nm. De sidste LED'er, inklusive skallerne, var næsten 10 gange større. Forskere fandt ud af, at mængden af ​​aluminium, der er inkorporeret i fremstillede strukturer, afhænger af nanotrådens diameter.

Gruppeleder Kris Bertness sagde, at mindst to virksomheder udvikler mikro-LED'er baseret på nanotråde, og NIST har en samarbejdsaftale om forskning og udvikling med en af ​​dem om udvikling af doping- og strukturelle karakteriseringsmetoder. Forskerne har haft indledende diskussioner med scanning-sonde virksomheder om at bruge NIST LED'er i deres sonde tips, og NIST planlægger snart at demonstrere prototype LED-værktøjer.

NIST-teamet har U.S. Patent 8, 484, 756 på et instrument, der kombinerer mikrobølge scanning probe mikroskopi med en LED for ikke-destruktiv, kontaktløs test af materialekvalitet for vigtige halvledernanostrukturer som transistorkanaler og individuelle korn i solceller. Proben kunne også bruges til biologisk forskning i proteinudfoldelse og cellestruktur.