연구원들이 불가능하다고 생각했던 반도체의 물리적 결함을 발견했습니다.

• 연구원들은 발광 기기 설계에 대한 완전히 새로운 관점을 보여줍니다.
• 다이아몬드는 기존 LED 및 레이저보다 100배 더 밝은 조명 장치를 만드는 데 사용할 수 있습니다.
• Li-Fi용 광원 및 양자 인터넷용 송신기 제작이 가능합니다.

많은 반도체 장치는 바이어스 전압에서 고밀도의 비평형 캐리어를 생성하여 작동합니다. 이러한 캐리어(전자와 정공)는 반도체의 특성을 재결합하거나 변화시킬 수 있으며 이 현상은 광 변조에 이용될 수 있습니다.

빛의 강도는 전자와 정공의 농도와 재결합 속도에 비례합니다. 레이저 및 LED(고속 인터넷 및 레이저 프린터에 사용)와 같은 최신 장치는 이 프로세스에 의존합니다.

그러나 전자와 정공의 농도를 충분히 제공할 수 있는 반도체는 존재하지 않습니다. 1960년대에 과학자들은 두 개 이상의 반도체를 포함하는 이종 구조라는 해결책을 제시했습니다.

이러한 이종 구조에서 반도체는 밴드갭이 더 큰 두 반도체 사이에 끼어 있습니다. 이와 같이 순방향 바이어스 전압을 인가함으로써 중간층의 전자와 정공의 농도를 충분히 높은 수준으로 높일 수 있다. 이 효과를 중주사라고 합니다. , 그리고 이것이 현대 LED와 레이저가 만들어지는 방식입니다.

실행 가능한 이종 구조를 만들기 위해서는 결정 격자 주기가 같은 반도체를 선택하는 것이 중요합니다. 그 결과 반도체 사이의 계면에서 결함이 줄어들어 광원이 더 밝아집니다.

이러한 헤테로 구조는 단일 반도체로 만들어진 호모 구조에 비해 제조하기가 어렵습니다. 수년 동안 과학자들은 동형 구조를 사용하여 광원을 구축하려고 시도했지만 아직 성공하지 못했습니다.

동종 구조의 중주사

최근 모스크바 물리 및 기술 연구소의 연구원들은 발광 장치 설계에 대한 완전히 새로운 관점을 설명하는 논문을 발표했습니다.

이 논문은 하나의 반도체로 초주입을 달성할 수 있음을 보여줍니다. 그리고 가장 좋은 점은 이미 잘 알려진 반도체를 사용하여 수행할 수 있다는 것입니다.

참조:IOPScience | DOI:10.1088/1361-6641/ab0569 | MIPT

현재 실리콘과 게르마늄 반도체는 극저온에서 중주사를 지원하는 밝은 광원을 만드는 데 사용됩니다. 그러나 질화갈륨과 다이아몬드의 경우 상온에서 강한 중복주입이 발생할 수 있다. 그 효과는 대중 시장 장비를 생산하는 데 활용될 수 있습니다.

동종 및 이종 구조의 그림 | 크레딧:MIPT

다이아몬드의 중복 주입은 궁극적으로 가능하다고 가정된 것보다 10,000배 더 높은 농도를 생성할 수 있습니다. 따라서 다이아몬드는 가장 낙관적인 이전 계산보다 수천 배 더 밝은 자외선 발광 다이오드의 기초로 사용할 수 있습니다. 또한 기존 반도체 레이저 및 이종구조 기반 LED보다 최대 100배 더 강력한 효과를 발휘한다.

응용 프로그램

이 연구를 통해 고밀도 전자를 대량으로 주입할 수 있어 전자 주입 효율을 높일 수 있어 다이아몬드 기반의 단광자 소스와 발광 다이오드의 밝기를 획기적으로 높일 수 있다.

연구원들에 따르면 2D 물질에서 기존의 광대역 갭 반도체에 이르기까지 다양한 반도체에서 중첩이 발생할 수 있다고 합니다.

읽기:기존 레이저 기술은 20,000광년 떨어진 외계인을 끌어들이기에 충분히 강력합니다.

이를 통해 Li-Fi(광 무선 통신)용 광원, 조기 질병 진단을 위한 광학 기기, 양자 인터넷용 송신기 및 새로운 종류의 레이저와 함께 고효율 보라색, 자외선, 백색 및 청색 LED를 제조할 수 있습니다. .