Comhoibríonn Ollscoil Fudan le Lattice Power Semiconductor chun torthaí taighde ar shubstráit sileacain InGaN le solas dearg Micrea-LED le haghaidh cumarsáide le solas infheicthe a thuairisciú den chéad uair.

Le déanaí, chomhoibrigh Ollscoil Fudan agus Jiangxi Lattice Power Semiconductor ar thorthaí taighde maidir le cur i bhfeidhm Micrea-LEDanna solais dhearg InGaN bunaithe ar shiliceán i dtaispeántais il-dhathacha agus i gcumarsáid ardluais solais infheicthe. Foilsíodh an teideal "Red InGaN Micro-LEDs on Silicon Substrates: Potential for Multicolor Display and Wavelength Division Multiplexing Visible Light Communication" san iris idirnáisiúnta is mó le rá i réimse na cumarsáide optúla "Lightwave Technology Magazine" (IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology). Tar éis na dtorthaí a fhoilsiú, d'fhoilsigh an iris idirnáisiúnta cáiliúil "Semiconductor Today" colún dar teideal "Red InGaN LEDs for visible light communication" (Red InGaN LEDs for visible light communication) tuarascáil, ag rá gur "thuairiscigh Ollscoil Fudan agus Jiangxi Lattice Power Semiconductor den chéad uair dé-óidí micrea-astaithe solais dearga ar shubstraití siliceán le haghaidh cumarsáide solais infheicthe. Rinne an fhoireann staidéar freisin ar thonnfhad/dath micrea-LEDanna de mhéideanna éagsúla mar fheidhm den sruth ó dhearg go glas le haghaidh taispeántais agus tarchur sonraí il-thonnfhaid."

Fíor 1 Scáileán den tuarascáil "Semiconductor Today".

Taispeánann micrea-LED, mar theicneolaíocht atá ag teacht chun cinn, acmhainneacht mhór i gcórais taispeána chun cinn den chéad ghlúin eile, i gcumarsáid solais infheicthe agus in optaigéineolaíocht. I gcomparáid le córais ábhair GaN glasa agus gorma aibí, tá dúshláin mhóra roimh fhorbairt Micrea-LEDanna dearga. De ghnáth, bíonn na LEDanna dearga déanta as ábhar fosfíd alúmanaim indium gallium (AlInGaP), ach de réir mar a laghdaíonn méid na slise go dtí an leibhéal micrón, laghdóidh éifeachtúlacht Micrea-LEDanna bunaithe ar AlInGaP go suntasach. Ina theannta sin, níl AlInGaP comhoiriúnach le córais ábhair LED glasa agus gorma atá bunaithe ar GaN atá ann cheana féin. Go teoiriciúil, is féidir le hábhair InGaN an speictream infheicthe iomlán a chlúdach tríd an ábhar indium a choigeartú i dtobair chandamacha iolracha, agus tá dea-chobhsaíocht mheicniúil agus éifeachtúlacht phoitéinsil níos airde acu, agus de réir a chéile ag éirí ina n-ábhar idéalach le haghaidh astaíocht solais dhearg ar leibhéal micrón.

Faoi láthair, is ar foshraitheanna saifír patrúnacha den chuid is mó a fhásann Micrea-LEDanna dearga InGaN nó a chuirtear foshraitheanna bréige GaN isteach ar foshraitheanna saifír. Má chuirtear i bhfeidhm iad ar theicneolaíocht taispeána priontáilte aistrithe, tá próiseas ardaithe léasair réasúnta costasach ag teastáil chun an tsubstráit dúchasach a bhaint. Mar shubstráit fáis a bhfuil acmhainneacht mhór úsáide tráchtála aige, is féidir le sileacan vaiféirí ardchaighdeáin a fháil ar chostas déantúsaíochta íseal. Mar sin féin, go dtí seo, is beag tuairisc atá ann ar Micrea-LED dearg InGaN foshraithe sileacain, agus níl mórán taighde mionsonraithe ar fheidhmíocht a fheiste agus ar réimsí úsáide aici.

Chun na críche seo, roghnaigh an fhoireann taighde foshraith sileacain InGaN dearg Micrea-LED mar réad taighde agus rinne siad anailís ar athruithe tonnfhaid/dath picteilíní de mhéideanna éagsúla de réir mar a mhéadaíonn an sruth chun taispeántas il-dath agus tarchur sonraí il-thonnfhaid a bhaint amach (Fíor 2). Trí mhéid an phicteilín a choigeartú agus sruth a instealladh, breathnaíodh feiniméan suntasach aistrithe gorm, agus an tonnfhad ag aistriú ó sholas dearg go solas glas. Ag dlús reatha ard de 100 A/cm2, sáraíonn buaicthonnfhad na bpicteilíní go léir 630 nm, rud a fhéadann freastal ar chásanna feidhmchláir a éilíonn dlús reatha ard, amhail réaltacht mhéadaithe, réaltacht fhíorúil agus réimsí eile. De réir mar a mhéadaíonn an dlús reatha, aistríonn comhordanáidí CIE ón limistéar solais dhearg go dtí an limistéar solais uaine freisin, rud a léiríonn gamut dathanna níos leithne. Baintear amach astaíocht solais il-dath le gile aonfhoirmeach tríd an timthriall dleachta a choigeartú, rud a léiríonn a chumas feidhmchláir i dtaispeántais micrea-LED il-dath aon-sliseanna. Ina dhiaidh sin, pléadh tréithe taispeána an phicteilín 80 μm go mion. Ag dlús reatha íseal de 2 A/cm2, shroich an EQE 0.19%, agus ag dlús reatha de 100A/cm2, ba é 0.14% an EQE.

Fíor 2 (a) Léaráid sceitseach de struchtúr gléis Micrea-LED astaithe ó bharr; (b) Grianghraf SEM den phicteilín solais dhearg 20μm ullmhaithe; (c) Grianghraf micreascóp optúil de phicteilín dearg 80 μm ag dlús reatha 20 A/cm2.

Rinne na taighdeoirí tástáil bhreise ar fheidhmíocht chumarsáide picteilíní dearga de mhéideanna éagsúla agus fuarthas amach gur sháraigh bandaleithead modhnú Micrea-LEDanna dearga InGaN (méid níos lú ná 100 μm) ar foshraitheanna sileacain 400 MHz, rud a fhágann go bhfuil siad an-oiriúnach le haghaidh tarchur sonraí (Fíor 3). I gcás picteilín 40μm, is é 112.67 MHz, 126.38 MHz, agus 533.15 MHz faoi seach an bandaleithead modhnú uasta is féidir a bhaint amach agus solas dearg, solas buí, agus solas glas á astú. Ina measc, is é an bandaleithead modhnú a bhaintear amach nuair a astaítear solas glas an bandaleithead taifead de Micrea-LEDanna inchoigeartaithe datha a tuairiscíodh go dtí seo, rud a léiríonn a buntáistí ollmhóra i gcumarsáid solais infheicthe il-dhathach.

Fíor 3 (a) Bandaleithead modhnú -3dB mar fheidhm den dlús reatha do gach méid picteilín. (b) Cuar freagartha minicíochta de 40μm picteilín ag 80, 600 agus 5000 A/cm2, a fhreagraíonn do thonnfhaid 640 nm (solas dearg), 584 nm (solas buí) agus 533 nm (solas glas) faoi seach.

Ina dhiaidh sin, moladh scéim ilphléacsála roinnte tonnfhaid il-dhathach aon-sliseanna (Fíor 4). Úsáidtear micrea-LEDanna le tonnfhaid astaíochta éagsúla ag deireadh tarchuir chumarsáide solais infheicthe, agus an ráta sonraí tarchuir uasta ceadaithe ag sroicheadh ​​2.35 Gbps. Seo an chéad tuarascáil ar úsáid Micrea-LED solais dhearg InGaN foshraith sileacain i gcumarsáid solais infheicthe. Mar gheall ar an gcomhtháthú ard agus an miondealú picteilíní, tá acmhainneacht mhór feidhmchláir ag an bhfeiste seo i réimsí ar nós gléasanna cumarsáide inchaite agus uaireadóirí cliste, agus meastar go laghdóidh sé castacht an chomhtháthaithe chórais iomláin sa todhchaí.

Fíor 4 Léaráid sceimteach den fheiste turgnamhach de chóras WDM-OWC.

Naisc Ghaolmhara:

Nasc páipéir: https://doi.org/10.1109/JLT.2023.3261875

Nasc tuairisce colúin: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/fudan-210423.shtml