Nuacht na Cuideachta
0102
Micrea-LED InGaN dearg ar chuardach sileacain
2024-08-15
Foinse Nuachta：
Tuairiscíonn taighdeoirí atá lonnaithe sa Chóiré ar shaintréithe atá ag brath ar mhéid dé-óidí astaithe solais micrea-scála dearga (micro-LEDanna) atá monaraithe ar foshraitheanna sileacain (Si) 4-orlach [Juhyuk Park et al, Optics Express, v32, lch24242, 2024].
Meastar don fhoireann ó Institiúid Eolaíochta agus Teicneolaíochta Ardleibhéil na Cóiré (KAIST), Ionad Nano-Fabraic Ardleibhéil na Cóiré (KANC), agus Ollscoil Náisiúnta Chungbuk go bhfuil a gcuid oibre ceannródaíoch, agus deir siad: “Is í an obair seo an chéad imscrúdú ar shaintréithe micrea-LEDanna dearga InGaN/GaN a fhásann ar foshraitheanna Si a bhfuil toisí faoi bhun 100μm acu, atá ag brath ar mhéid.”
LED Shroich eagair bunaithe ar na gléasanna taifeach chomh hard le 4232 picteilín in aghaidh an orlaigh (PPI). Is bac ar an mbealach chuig taispeántais lán-daite bunaithe ar theicneolaíocht LED InGaN é feidhmíocht réasúnta lag LED dearg. Seachas costas i bhfad níos ísle, tá seoltacht theirmeach níos fearr i measc na mbuntáistí a bhaineann le foshraitheanna sileacain a úsáid ná an eipitacsas bunaithe ar shaifír is gnách.
Fásadh struchtúr eipitacsach na n-eagair micrea-LED dearga trí thaisceadh gaile ceimiceach miotail-orgánach (MOCVD) ar shliseáin Si (111) 4-orlach (Fíor 1). Ba é 1.3μm an réigiún maolánach, agus ina dhiaidh sin teagmháil n-GaN 2μm. Bhí 10 bpéire de 0.9/5nm Al0.04Ga0.96N/In0.05Ga0.95N sa sár-laitís.
Fíor 1: (a) Struchtúr eipitacsach micrea-LED dearg InGaN/GaN. (b) Íomhá micreascóp leictreon tarchurtha (TEM). (c) Sreabhadh an phróisis monaraíochta agus grianghraf ionsuite de mhicrea-LED dearga InGaN/GaN ar sceallóg sileacain 4-orlach.
Bhí tobar chandamach ilchandamach (MQW) trí thobar sa réigiún giniúna solais ghníomhaigh. Bhí na toibreacha 2.4nm In0.23Al0.05Ga0.72N scartha le bacainní GaN 10nm. Cuireadh clúdach ar an MQW le AlGaN 12nm a raibh athrú ar a n-ábhar Al i dtrí chéim (13%, 7%, 42%). Críochnaíodh an struchtúr le 150nm p-GaN mar an tsraith teagmhála.
D'úsáid na taighdeoirí an t-ábhar chun na heagair micrea-LED dearga a mhonarú. Ba é an chéad chéim ná ocsaíd stáin indiam (ITO) annealed 200nm a thaisceadh mar leictreoid-p seoltóra ómach trédhearcach. Rinneadh na struchtúir mesa do na LEDanna aonair a mhonarú trí phróiseas eitseála ian plasma-imoibríoch cúpláilte go hionduchtach trí chéim. Bhí na céimeanna comhdhéanta de eitseáil ITO, cóireáil aigéid hidreaclóraigh chun iarmhair ITO a bhaint, agus an eitseáil deiridh síos go dtí an ciseal n-GaN.
Bhí na teagmhálacha miotail leis an leictreoid-n choiteann agus an teagmháil-p ITO comhdhéanta de chróimiam/ór (Cr/Au), a taisceadh tar éis pasiviú CVD níotráite sileacain (SiNx) 500nm. Baineadh úsáid as formáid eagar maitrís éighníomhach (PM) chun na soilse LED a nascadh le chéile i bpicteilíní.
Tugann na taighdeoirí le fios gur rinneadh na próisis seo ar fad ar scála na vaiféar 4 orlach. Deir an fhoireann: “I ndéantúsaíocht leathsheoltóirí, is é an bealach is éifeachtaí chun costais a ísliú ná trí dhéantúsaíocht ar scála mór ar leibhéal na vaiféar, toisc go gceadaíonn sé táirgeadh líon níos mó gléasanna in aon phróiseas amháin.”
Bhí an dlús srutha dorcha faoi chlaonadh droim ar ais faoi bhun 1μA/cm2 do gach méid gléasanna ó 5μm go 100μm.
D’fhulaing na soilse LED athrú gorm i dtonnfhad de réir mar a mhéadaigh dlús reatha an insteallta. I gcás eagair de soilse LED 12μm, athraigh an tonnfhad ó 648nm go 624nm le haghaidh instealltaí idir 3A/cm2 agus 30A/cm2, faoi seach. Tharla astaíocht chaighdeánach dhearg 642nm ag 5A/cm2.
Bhí an leithead iomlán ag leath-uasmhéid (FWHM) do na soilse LED thart ar 65nm ag instealladh íseal, ag caolú go 50nm ag 30A/cm2. Chuir sé seo cuid mhór de na hastaíochtaí sa raon 'oráiste' (590–625nm) seachas 'dearg' (625–750nm).
Deir na taighdeoirí: “Cuireadh an t-athrú tonnfhaid buaic i dtobair chandamacha InGaN i leith éifeacht Stark atá teoranta ó thaobh chandam de (QCSE) agus éifeacht líonta banda.”
Is toradh ar athruithe i leibhéil fuinnimh mar gheall ar na teaglamaí éagsúla de réimse leictreach feidhmeach agus réimsí leictreacha a eascraíonn as na codarsnachtaí atá ag brath ar strus i bpolairiú luchta na gcóimhiotail In AlGaN éagsúla a chruthaíonn an struchtúr eipitacsach.
Tagraíonn an éifeacht líonta banda do líonadh na mbandaí seoltachta agus vaileins agus na stát logánta (mar is coitianta in InGaN ard-ábhar indium, a mbíonn claonadh ann tiúchan indium níos neamh-aonfhoirmeach a bheith aige) ag instealladh reatha níos airde — caithfidh leictreon ó bharr an bhanda seoltachta difríocht fuinnimh níos mó a thrasnú chun athchuingriú le poll, rud a chruthaíonn fótón le fuinneamh níos airde/tonnfhad níos giorra.
Cinneadh an tonnfhad 'ceannasach', agus dearcadh súile daonna gnáth á chur san áireamh agus í á laghdú go tonnfhad aonair, rud a léirigh go raibh na soilse LED níos oráiste ná dearg. Thaifead na soilse LED 100μm is mó tonnfhad ceannasach idir 612nm agus 588nm le haghaidh instealltaí idir 10 agus 130A/cm2, faoi seach. Ba é 610–583nm an raon tonnfhaid ceannasach comhfhreagrach do na gléasanna 5μm.
Fíor 2: EQE micrea-LEDanna dearga InGaN/GaN MQW le méideanna gléasanna éagsúla.
Bhí an éifeachtúlacht chandamach sheachtrach bhuaic (EQE) idir 0.52% don LED 5μm agus 0.36% don 100μm (Fíor 2). Bhí na hinstealltaí ag a raibh an buaic éagsúil idir 3A/cm2 agus 5A/cm2, ach gan aon treocht shoiléir, rud a thugann le fios gur mar gheall ar athruithe próisis a bhí na difríochtaí. I gcodarsnacht leis sin, bíonn athrú mór i sruth insteallta buaic EQE de réir mar a mhéadaíonn an teicneolaíocht LED dearg iomaíoch atá bunaithe ar ábhair III-fosfíde.
Mínítear an EQE níos airde do na gléasanna InGaN níos lú mar gheall ar laghdú ar athchuingriú taobhballa, i gcomparáid le soilse LED bunaithe ar fhosfíd, agus éifeachtúlacht eastósctha solais (LEE) níos airde.
Is dóichí go mbeidh na hiompróirí in InGaN gafa i stáit áitiúla, seachas taisteal chuig na taobhbhallaí le haghaidh athchomhcheangal neamh-radaíochta. Ligeann na gléasanna beaga do níos mó solais éalú seachas a bheith gafa ag éifeachtaí frithchaitheamh inmheánach iomlán, rud a mhéadaíonn LEE.
Déanann an fhoireann comparáid idir a gcuid oibre agus tuarascálacha le déanaí ó Ollscoil California i Santa Barbara (UCSB) agus Ollscoil Normal na Síne Theas maidir le micrea-LEDanna dearga InGaN ar shiliceán. Ba iad 0.021% agus 2.3%, faoi seach, pointí sonraí USCB agus na Síne Theas maidir le buaic-EQE.
Measann an fhoireann go bhfuil an fheiste 5μm oiriúnach go háirithe do thaispeántais: tarlaíonn an buaic-EQE thart ar 3A/cm2, rud a fhreagraíonn do shruth tiomána íseal de 0.75μA, a d'fhéadfaí a sholáthar le tiománaithe gléasanna CMOS sileacain príomhshrutha.
Molann na taighdeoirí go bhféadfadh forbairtí breise an EQE a fheabhsú amhail tríd an tsubstráit sileacain a bhaint trí nascadh vaiféir, trí struchtúr an fheiste a bharrfheabhsú le haghaidh LEE níos airde, agus tríd an maolán a bharrfheabhsú chun an brú a eascraíonn as ionchorprú ard indium a mhaolú.
Léirigh an fhoireann freisin an cumas chun íomhánna a tháirgeadh trí shreangú roghnach ar eagair LED 5μm agus 12μm (Fíor 3). Bhain na gléasanna níos lú taifeach níos airde amach go nádúrtha.
Fíor 3: Íomhánna d'eagair éagsúla á dtiomáint ag instealltaí éagsúla.
I bhfianaise theorainneacha gléasanna LED InGaN, molann na taighdeoirí gurbh fhearr modhnú leithead cuisle (PWM), seachas modhnú aimplitiúid cuisle (PAM), chun gile LED a rialú. I measc na dteorainneacha sin tá athruithe éifeachtúlachta agus tonnfhaid le hinstealladh reatha, agus dá bhrí sin is inmhianaithe aimplitiúid insteallta reatha seasta a úsáid.
Fuair na taighdeoirí spleáchas líneach ar lonrúlacht solais idir 476 nit agus 4148 nit (candela/m2) le haghaidh timthriallta dleachta cuisle a athraíonn idir 10% agus 90%, faoi seach, ar LED 12μm claonta ag 3.3V, rud a thugann instealladh reatha de 3A/cm2.
Deir na taighdeoirí: “Dheimhnigh na tomhais seo gur féidir liathscála a léiriú le hastaíocht dhearg gan aistriú buaicphointe ag baint úsáide as PWM i bhfeistí micrea-LED dearga InGaN/GaN.”
Scaoileadh: 31 Bealtaine / 30 Samhain 2024
Teanga: Sínis Thraidisiúnta / Béarla
Formáid: PDF
Leathanach: 160-180