물리학자들은 광도가 5배 더 높은 나노와이어 기반 LED를 개발했습니다.

• 연구원들은 자외선 발광 다이오드를 만들기 위해 나노와이어와 특수한 유형의 껍질을 사용합니다.
• 기존 쉘 디자인에 기반한 LED보다 5배 더 높은 광도를 생성합니다.

자외선 발광 다이오드(UV LED)는 정수, 분광학, 광중합체 경화 및 의료 소독과 같은 점점 더 많은 응용 분야에서 사용됩니다.

나노와이어를 기반으로 하는 Deep UV LED는 나노크기 및 이산 특성과 관련된 새로운 기능을 제공할 수 있기 때문에 최근 많은 관심을 받았습니다. 예를 들어, 단일 나노와이어 LED는 하위 회절 광학 리소그래피를 위한 새로운 시스템을 구축하는 데 사용할 수 있으며, 웨이퍼 레벨 리소그래피를 위한 픽셀 어레이로 확장될 수 있습니다.

최근에 국립표준기술원(National Institute of Standards and Technology)의 연구원들은 특수한 유형의 쉘을 사용하여 기존 쉘 설계에 기반한 LED보다 5배 더 높은 광도를 생성하는 나노와이어 기반 UV LED를 개발했습니다.

그들은 어떻게 했습니까?

최근에 팀은 실리콘 도핑된 질산갈륨(추가 전자 포함)으로 만들어진 나노와이어 코어를 마그네슘 도핑된 질산갈륨(누락된 전자에 대한 잉여 '구멍' 포함)으로 만든 껍질로 둘러싸고 있습니다. 정공이 전자와 합쳐지면 상당한 양의 에너지가 빛의 형태로 방출됩니다. 이 과정을 전자발광이라고 합니다.

2017년에 그들은 전자를 쉘 층에 주입하여 정공과 병합하고 궁극적으로 고휘도 빛을 생성하는 것과 관련된 질산 갈륨 LED를 공개했습니다. 새로운 LED는 이번에 연구원들이 쉘 층에 소량의 알루미늄을 추가했다는 점을 제외하고는 유사한 방식으로 작동합니다.

참조:나노기술 | doi:10.1088/1361-6528/ab07ed | NIST

알루미늄은 전자 오버플로 및 광 재흡수로 인해 발생하는 손실을 최소화합니다. 보다 구체적으로, 전류 내에서 비대칭을 가져와 전자가 쉘 층으로 이동하는 것을 방지합니다. 이것은 정공과 전자를 나노와이어의 코어에 가두어 5배 더 높은 광도를 발생시킵니다.

나노와이어 기반 LED | 소량의 알루미늄을 쉘 층(검은색)에 통합하면 나노와이어의 코어(다색 영역)에 정공과 전자가 가두어 강렬한 빛을 생성합니다. | 연구원 제공

연구원들은 나노와이어에서 LED를 제작하기 위해 소위 "p-i-n" 구조를 사용했습니다. 이 구조는 전자와 정공을 나노와이어에 주입하기 위한 3층 디자인을 나타냅니다.

나노와이어의 직경이 클수록 제작된 구조에 더 많은 알루미늄이 포함될 수 있습니다. 본 연구에서 개발된 나노와이어의 길이는 440나노미터, 쉘 두께는 40나노미터이다. 결과 LED는 거의 10배 더 커졌습니다.

기술 구현

이 팀은 반도체 나노구조의 안전하고 비접촉식 테스트를 위해 LED를 마이크로웨이브 스캐닝 프로브 현미경과 통합하는 장치에 대한 특허를 이미 보유하고 있습니다. 또한 세포 구조 및 단백질 전개 연구에도 사용할 수 있습니다.

이 연구에서 탐구한 구조는 캐리어 감금에 필요한 대략적인 조성을 목표로 했지만, 더 높은 비율의 알루미늄은 연구자들이 질산갈륨 코어에서 파장을 구성하고 방출/편극을 제어하는 ​​데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 이는 향후 작업의 주제로 남아 있습니다.

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현재 연구자들은 나노와이어 기반 마이크로 LED를 개발하기 위해 두 개의 민간 조직과 협력하고 있습니다. 그들 중 하나는 도펀트 및 구조적 특성화 기술을 구축하는 데 동의했습니다. 팀은 곧 프로토타입 LED 도구를 시연할 것입니다.