Hiljuti tegi Hiina teadus- ja tehnoloogiaülikooli mikroelektroonika kooli Sun Haiding ja Long Shibing uurimisrühm läbimurde UV-LED-luminestsentsi jõudluse olulises edenemises seoses safiir-substraadi chamfer nurga kontrolli kvantkaevu kasutamisega, et saavutada kolmemõõtmeline kandeaine vangistus.
Kuigi ultraviolettkiirgus moodustab päikesevalguses ainult 5% energiast, kasutatakse neid inimelus laialdaselt. Praegu kasutatakse ultraviolettvalgust laialdaselt vee puhastamisel, kergel kõvenemisel, steriliseerimisel ja desinfitseerimisel. Traditsioonilised ultraviolettvalgusallikad kasutavad tavaliselt elavhõbedaaurude tühjenemise põnevat seisundit ultraviolettkiirguse tekitamiseks, millel on palju defekte, nagu suur soojuse tootmine, suur energiatarve, aeglane reageerimine, lühike eluiga ja võimalikud ohutusriskid. Uus sügav ultraviolettkiirguse allikas kasutab valgust kiirgava dioodi (LED) põhimõtet, millel on palju eeliseid traditsioonilise elavhõbedalambi ees. Nende hulgas on kõige olulisem eelis see, et see ei sisalda mürgiseid elavhõbedaelemente. Minamata konventsiooni rakendamine ennustab, et elavhõbedat sisaldavate ultraviolettlampide kasutamine keelatakse täielikult 2020. aastal. Seetõttu on täiesti uue keskkonnasõbraliku ja tõhusa ultraviolettkiirgusallika arendamine muutunud inimeste jaoks oluliseks väljakutseks.
Selle tulemusena on selle uue rakenduse jaoks parimaks valikuks saanud sügavat ultraviolettkiirgust kiirgavad dioodid (UV-LEDid), mis põhinevad laiaribalistel pooljuhtmaterjalidel (galliumnitriid, alumiiniumgaliumnitriid). See kõik-tahkis valgusallika süsteem on väga tõhus, väike ja pika elueaga. See on lihtsalt kiip, mis on pöidlakatte suurune ja võib kiirgada ultraviolettvalgust tugevamana kui elavhõbelamp. Siinne müsteerium sõltub peamiselt III-nitriidi otsesest ribavahe pooljuhtmaterjalist: kui dirigentsiaalriba elektronid rekombineeruvad valence bändi aukudega, toodetakse fotoneid. Fotoni energia sõltub materjali ribavahest, nii et teadlased saavad reguleerida elemendi koostist alumiiniumgaliumnitriidi (AlGaN) ternaarses ühendis, et saavutada valguse emissiooni erinevad lainepikkused. Uv-LED-ide suure tõhususega valguskiirguse saavutamine ei ole siiski alati nii lihtne. Teadlased on avastanud, et kui elektronid ja augud rekombineeruvad, ei toodeta fotone alati. Seda efektiivsust nimetatakse sisemiseks kvanttõhususeks (IQE).
Erinevalt traditsioonilisest UV-LED-struktuurist ei ole potentsiaalse kaevu paksus ja potentsiaalne barjäär seda uut tüüpi struktuuri, mitmekihilise kvantkaevu (MQW) valgust kiirgava kihi puhul ühtlane. Suure eraldusvõimega projektsiooni elektronmikroskoopide abil suutsid teadlased mikroskoopilisel skaalal analüüsida vaid mõne nanomeetri kvantkaevu struktuure. Uuringud on näidanud, et galliumi (Ga) aatomid agregeerivad substraadi astmetel, mis viib kohaliku energiariba ahenemiseni, ja kui film kasvab, laienevad Ga-rikkad ja tehisintellektirikkad piirkonnad DUV LED-i pinna moonutamine ja painutamine kolmemõõtmelises ruumis, et moodustada kolmemõõtmeline mitmemõõtmeline kvantkaevu struktuur. Teadlased nimetavad seda eriliseks nähtuseks: tehisintellekti ja ga elementide faaside eraldamine ja vedajate lokaliseerimine. Väärib märkimist, et indium galliumnitriidis (lnGaN) põhinevas sinises LED-süsteemis ei ole ln ja Ga 100% mitmesugused, mille tulemuseks on materjali sees ln-rikkad ja Ga-rikkad piirkonnad, mille tulemuseks on lokaliseeritud riik ja soodustatud laadimine. Voolude kiirguse rekombinatsioon. Kuid AlGaNi materjalisüsteemis on Al ja Ga faaside eraldamine harva näha. Selle töö üks olulisi tähendusi on materjali kasvurežiimi kunstlik reguleerimine, faasi eraldamise edendamine ja seega seadme valgust kiirgavate omaduste oluline parandamine.
See uurimistöö annab uusi ideid kõrge efektiivsusega kõik-tahkis UV-valgusallikate uurimiseks ja arendamiseks. See idee ei vaja kalleid mustrilisi substraate ja keerulisi epitaksiaalseid kasvuprotsesse. Tuginedes ainult aluspinna kaldenurga reguleerimisele ning epitaksiaalse kasvu parameetrite sobitamisele ja optimeerimisele, eeldatakse, et UV-LED-ide helendavaid omadusi saab parandada kõrguseni, mis on võrreldav siniste LED-idega, luues eksperimendi suure võimsusega sügavate UV-LED-ide ulatuslikuks rakendamiseks. Ja teoreetiline alus.
