LED tradisional telah merevolusikan bidang pencahayaan dan paparan kerana prestasi unggulnya dari segi kecekapan, kestabilan dan saiz peranti. LED biasanya merupakan timbunan filem semikonduktor nipis dengan dimensi sisi milimeter, jauh lebih kecil daripada peranti tradisional seperti mentol pijar dan tiub katod. Walau bagaimanapun, aplikasi optoelektronik yang baru muncul, seperti realiti maya dan realiti tambahan, memerlukan LED dalam saiz mikron atau kurang. Harapannya ialah LED skala mikro atau submikron (µled) terus mempunyai banyak kualiti unggul yang telah dimiliki oleh LED tradisional, seperti pelepasan yang sangat stabil, kecekapan dan kecerahan yang tinggi, penggunaan kuasa ultra rendah dan pelepasan warna penuh, sementara luasnya kira-kira sejuta kali lebih kecil, membolehkan paparan yang lebih padat. Cip LED sedemikian juga boleh membuka jalan untuk litar fotonik yang lebih berkuasa jika ia boleh ditumbuhkan cip tunggal pada Si dan disepadukan dengan elektronik semikonduktor oksida logam pelengkap (CMOS).
Walau bagaimanapun, setakat ini, µled sedemikian masih sukar ditemui, terutamanya dalam julat panjang gelombang pancaran hijau hingga merah. Pendekatan µ-led LED tradisional ialah proses dari atas ke bawah di mana filem telaga kuantum (QW) InGaN diukir ke dalam peranti skala mikro melalui proses pengukiran. Walaupun µled tio2 berasaskan QW InGaN filem nipis telah menarik banyak perhatian kerana banyak sifat cemerlang InGaN, seperti pengangkutan pembawa yang cekap dan kebolehtalaan panjang gelombang di seluruh julat yang boleh dilihat, sehingga kini ia telah dibelenggu oleh isu-isu seperti kerosakan kakisan dinding sisi yang bertambah buruk apabila saiz peranti mengecil. Di samping itu, disebabkan oleh kewujudan medan polarisasi, ia mempunyai ketidakstabilan panjang gelombang/warna. Untuk masalah ini, penyelesaian rongga kristal fotonik dan InGaN bukan kutub dan separa kutub telah dicadangkan, tetapi ia tidak memuaskan pada masa ini.
Dalam satu kertas kerja baharu yang diterbitkan dalam Light Science and Applications, penyelidik yang diketuai oleh Zetian Mi, seorang profesor di Universiti Michigan, Annabel, telah membangunkan LED hijau iii – nitrida skala submikron yang mengatasi halangan ini sekali gus. µled ini disintesis melalui epitaksi pancaran molekul berbantukan plasma serantau terpilih. Berbeza sekali dengan pendekatan atas ke bawah tradisional, µled di sini terdiri daripada susunan nanowayar, setiap satunya hanya berdiameter 100 hingga 200 nm, dipisahkan oleh puluhan nanometer. Pendekatan bawah ke atas ini pada asasnya mengelakkan kerosakan kakisan dinding sisi.
Bahagian pemancar cahaya peranti ini, juga dikenali sebagai kawasan aktif, terdiri daripada struktur telaga kuantum berbilang (MQW) berbilang cangkerang teras yang dicirikan oleh morfologi dawai nano. Khususnya, MQW terdiri daripada telaga InGaN dan penghalang AlGaN. Disebabkan oleh perbezaan dalam penghijrahan atom terserap unsur Kumpulan III indium, galium dan aluminium pada dinding sisi, kami mendapati bahawa indium hilang pada dinding sisi dawai nano, di mana cangkerang GaN/AlGaN membalut teras MQW seperti burrito. Para penyelidik mendapati bahawa kandungan Al cangkerang GaN/AlGaN ini menurun secara beransur-ansur dari sisi suntikan elektron dawai nano ke sisi suntikan lubang. Disebabkan oleh perbezaan dalam medan pengkutuban dalaman GaN dan AlN, kecerunan isipadu kandungan Al dalam lapisan AlGaN mendorong elektron bebas, yang mudah mengalir ke teras MQW dan mengurangkan ketidakstabilan warna dengan mengurangkan medan pengkutuban.
Malah, para penyelidik mendapati bahawa untuk peranti yang berdiameter kurang daripada satu mikron, panjang gelombang puncak elektroluminesen, atau pancaran cahaya yang disebabkan oleh arus, kekal malar pada suatu peringkat magnitud perubahan dalam suntikan arus. Di samping itu, pasukan Profesor Mi sebelum ini telah membangunkan kaedah untuk mengembangkan salutan GaN berkualiti tinggi pada silikon untuk mengembangkan LED nanowayar pada silikon. Oleh itu, µled terletak pada substrat Si yang sedia untuk disepadukan dengan elektronik CMOS yang lain.
µled ini mempunyai banyak potensi aplikasi. Platform peranti akan menjadi lebih teguh apabila panjang gelombang pancaran paparan RGB bersepadu pada cip mengembang kepada warna merah.
Masa siaran: 10-Jan-2023