LED za kitamaduni zimebadilisha uwanja wa taa na onyesho kutokana na utendaji wao bora katika suala la ufanisi, uthabiti na ukubwa wa kifaa. LED kwa kawaida ni rundo la filamu nyembamba za semiconductor zenye vipimo vya pembeni vya milimita, ndogo sana kuliko vifaa vya kitamaduni kama vile balbu za incandescent na mirija ya cathode. Hata hivyo, matumizi yanayoibuka ya optoelectronic, kama vile uhalisia pepe na ulioboreshwa, yanahitaji LED zenye ukubwa wa mikroni au chini ya hapo. Matumaini ni kwamba LED ndogo - au ndogo ndogo (µleds) za kiwango cha micro - au submicron zinaendelea kuwa na sifa nyingi bora ambazo LED za kitamaduni tayari zinazo, kama vile utoaji wa umeme thabiti sana, ufanisi mkubwa na mwangaza, matumizi ya nguvu ya chini sana, na utoaji wa rangi kamili, huku zikiwa ndogo mara milioni moja katika eneo, na kuruhusu maonyesho madogo zaidi. Chipsi kama hizo za LED zinaweza pia kufungua njia kwa saketi zenye nguvu zaidi za fotoniki ikiwa zinaweza kupandwa kwenye chipu moja kwenye Si na kuunganishwa na vifaa vya elektroniki vya semiconductor vya oksidi ya chuma (CMOS).
Hata hivyo, hadi sasa, µledi kama hizo zimebaki kuwa ngumu, haswa katika safu ya urefu wa wimbi la kijani hadi nyekundu. Mbinu ya kitamaduni ya led µ-led ni mchakato wa kutoka juu hadi chini ambapo filamu za kisima cha quantum cha InGaN (QW) huchongwa kwenye vifaa vidogo kupitia mchakato wa kuchongwa. Ingawa µledi za tio2 zenye msingi wa InGaN QW zenye filamu nyembamba zimevutia umakini mkubwa kutokana na sifa nyingi bora za InGaN, kama vile usafirishaji mzuri wa mbebaji na urekebishaji wa urefu wa wimbi katika safu inayoonekana, hadi sasa zimekuwa zikikumbwa na masuala kama vile uharibifu wa kutu wa ukuta wa pembeni ambao huzidi kuwa mbaya kadri ukubwa wa kifaa unavyopungua. Kwa kuongezea, kutokana na uwepo wa nyanja za upolarization, zina kutokuwa na utulivu wa urefu wa wimbi/rangi. Kwa tatizo hili, suluhisho zisizo za polar na nusu polar za InGaN na uwazi wa fuwele za fotoniki zimependekezwa, lakini haziridhishi kwa sasa.
Katika karatasi mpya iliyochapishwa katika Sayansi ya Mwanga na Matumizi, watafiti wakiongozwa na Zetian Mi, profesa katika Chuo Kikuu cha Michigan, Annabel, wameunda LED ya kijani kibichi ya kiwango cha submicron iii - nitridi ambayo hushinda vikwazo hivi mara moja na kwa wote. µledi hizi zilitengenezwa kwa epitaksi ya molekuli iliyochaguliwa inayosaidiwa na plasma ya kikanda. Tofauti kabisa na mbinu ya jadi ya kutoka juu hadi chini, µledi hapa ina safu ya waya nano, kila moja ikiwa na kipenyo cha nanomita 100 hadi 200 pekee, ikitenganishwa na makumi ya nanomita. Mbinu hii ya kutoka chini kwenda juu kimsingi huepuka uharibifu wa kutu wa ukuta wa pembeni.
Sehemu inayotoa mwangaza ya kifaa, ambayo pia inajulikana kama eneo linalofanya kazi, imeundwa na miundo ya kisima cha quantum nyingi (MQW) cha ganda la msingi kinachojulikana na mofolojia ya waya wa nano. Hasa, MQW ina kisima cha InGaN na kizuizi cha AlGaN. Kutokana na tofauti katika uhamiaji wa atomi ulioingizwa wa vipengele vya Kundi la III indium, gallium na alumini kwenye kuta za pembeni, tuligundua kuwa indium haikuwepo kwenye kuta za pembeni za waya wa nano, ambapo ganda la GaN/AlGaN lilifunga kiini cha MQW kama burrito. Watafiti waligundua kuwa kiwango cha Al cha ganda hili la GaN/AlGaN kilipungua polepole kutoka upande wa sindano ya elektroni ya waya wa nano hadi upande wa sindano ya shimo. Kutokana na tofauti katika nyanja za polarization za ndani za GaN na AlN, gradient kama hiyo ya kiwango cha Al katika safu ya AlGaN husababisha elektroni huru, ambazo ni rahisi kutiririka kwenye kiini cha MQW na kupunguza utulivu wa rangi kwa kupunguza uwanja wa polarization.
Kwa kweli, watafiti wamegundua kwamba kwa vifaa vyenye kipenyo cha chini ya mikroni moja, urefu wa wimbi la kilele cha mwangaza wa elektroni, au utoaji wa mwanga unaosababishwa na mkondo, unabaki bila kubadilika kulingana na ukubwa wa mabadiliko katika sindano ya mkondo. Zaidi ya hayo, timu ya Profesa Mi hapo awali imeunda mbinu ya kukuza mipako ya GaN ya ubora wa juu kwenye silikoni ili kukuza taa za nanowire kwenye silikoni. Kwa hivyo, µledi hukaa kwenye substrate ya Si tayari kwa kuunganishwa na vifaa vingine vya elektroniki vya CMOS.
µled hii ina matumizi mengi yanayowezekana kwa urahisi. Jukwaa la kifaa litakuwa imara zaidi kadri urefu wa wimbi la utoaji wa onyesho la RGB lililounganishwa kwenye chipu unavyopanuka hadi kuwa nyekundu.
Muda wa chapisho: Januari-10-2023