Jeśli chodzi o diody elektroluminescencyjne - tak wykonywane z materiałów nieorganicznych i organicznych - znalazły one swoje nisze w przemyśle. Nieorganiczne diody LED, które pokonują swoich braci wykonywanych z organicznych materiałów jeśli chodzi o jasność, wydajność energetyczną i wytrzymałość, w przemyśle oświetleniowym. Organiczne diody elektroluminescencyjne z kolei są niepokonane jeśli chodzi o poziom miniaturyzacji i bardzo niskie koszty produkcji, zatem znalazły swoje zastosowanie w aplikacjach gdzie potrzebne są diody o dużej powierzchni lub wytwarzane w układach o wysokiej rozdzielczości na, na przykład, elastycznych podłożach, które wykorzystywane mogą być w sensorach integrowanych z ubraniami.
Badacze, dzięki swoim staraniom, połączyli część zalet diod LED wykonanych z materiałów organicznych i nieorganicznych. Udało się wytworzyć elastyczne struktury elektroluminescencyjne wykorzystując półprzewodniki nieorganiczne. Dokonano tego hodując na powierzchni grafenu cienkie kolumny z azotku galu o wysokości około mikrometra. Niewielkie diody LED wykonane tą techniką, o wielkości 50 µm x 50 µm, świecą jasno na niebieski kolor i zachowują swoją jasność nawet pomimo wyginania ich 1000 razy i więcej. Technologia ta może umożliwić produkcję wysokiej jakości ekranów i sensorów, które mogły by być wykorzystywane na przykład w urządzeniach z panelami dotykowymi lub nawet w soczewkach kontaktowych, zapewniających wyświetlanie danych, mówi profesor Gyu-Chul Yi, fizyk pracujący na uniwersytecie Narodowym w Seulu. Profesor Yi wraz z współpracownikami opisał produkcję tego układu w czasopiśmie APL Materials. Artykuł ten dostępny jest tutaj.
Azotek galu jest domyślnie wybieranym materiałem, jeśli chodzi o układy elektroluminescencyjne. Inni badacze, wliczając w to poprzednie starania zespołu profesora Yi, wytwarzali elastyczne diody LED poprzez wzrastanie mikrostruktur złożonych z kryształów na rozmaitych substratach, takich jak na przykład krzem amorficzny i przenoszeniu ich na elastyczne, plastikowe podłoże. Badacze z Uniwersytety Illinois wytworzyli elastyczne układy poprzez wzrastanie mikrostruktur na sztywnym podłożu i wykorzystując techniki fotolitograficzne, trawienie itp do odseparowania ich od sztywnego podłoża. Z kolei inni naukowcy wytwarzali diody LED z azotku galu na podłożu z azotku boru.
Dla porównania, jak tłumaczy profesor Yi, nowa technika jest prostsza niż poprzednie i może zostać wykorzystana do produkcji układów z różnych półprzewodników nieorganicznych. "To może doprowadzić do powstania całej gamy elastycznych układów, włączając w to panele fotowoltaiczne, tranzystory polowe i systemy komunikacji optycznej" mówi profesor Yi. Co więcej, dzięki wysokiej krystaliczności mikrostruktur azotku galu na wysokiej jakości grafenie, nowe diody LED wykazują się wyższą jasnością, elastycznością i wytrzymałością mechaniczną.
Zespół kierowany przez Yi wytwarza diody elektroluminescencyjne hodując najpierw grafen i umieszczając go na pokrytym krzemionką substracie z krzemu amorficznego. Następnie na tak przygotowanym podłoży hodowana jest warstwa azotku galu o grubości 2 µm. Wykorzystując technikę osadzania z fazy chemicznej do wzrastania domieszkowanych krzemem mikro-prętów z azotku galu na powierzchni grafenu. Grafen zawiera w sobie atomy węgla ułożone w strukturę heksagonalną i struktura ta funkcjonuje jako centra wzrostu dla mikro-prętów z azotku galu. Struktury te mają w przekroju kształt ośmiokąta, są długie na około 7,5 µm i mają 1 µm średnicy.
Domieszkowane krzemem mikrostruktury są typu n, zatem wykazują nadmiar elektronów. Aby wytworzyć drugą połowę diody potrzebny jest materiał domieszkowany typu p. Aby wytworzyć taką warstwę domieszkuje się się pokrywającą mikro-pręty warstwę azotku galu magnezem.
Aby uczynić układy elastycznymi zespół naukowców wytrawił podłoże z amorficznego tlenku krzemu (krzemionki, tak że cała warstwa grafenowa wraz z pokryciem z GaNu, mogła zostać podniesiona. Po pokryciu obu stron tej warstwy cienką warstwą metaliczną, możliwy był transfer gotowych LEDów na substraty wykonane z elastycznego plastiku.
Jak mówi profesor Yi, bardzo istotnym czynnikiem w otrzymania odpowiednich własności optycznych takiej diody LED jest hodowanie prostych mikrostruktur z azotku galu o wysokiej krystaliczności. Krytyczny wpływ na jakość hodowanych mikroprętów ma jakość warstwy grafenowe i gruba na 2 µm warstwa azotku galu pod warstwą mikro-prętów. Bez tej warstwy mikro-pręty nie rosły by w górę tylko we wszystkich kierunkach.
Póki co, opracowane przez zespół naukowców z Korei diody LED nie są bliskie swoją jasnością komercyjnym LEDom opartym o azotek galu czy OLEDom, jednakże profesor Yi jest pewien, iż możliwe jest wytworzenie wyższej jakości diod elektroluminescencyjnych poprzez lepszą kontrolę nad wielkością hodowanych mikrostrukturm ich pozycją i gęstością pokrycia oraz polepszenie warstw metalicznych.
Źródło:
http://spectrum.ieee.org/tech-talk/semiconductors/devices/bright-flexible-gallium-nitride-leds
Cool? Ranking DIY
zważywszy na rozdzielczości typowych procesów litograficznych w technologiach półprzewodnikowych.
